低功耗DCDC变换器的设计研究
一种新型的低成本高效DC／DC变换器的设计
前它们使用 的大功率 电池主要是铅酸 电池、 镍氢 电 池及胶体 电池 。 这三种电池基 本是 电化学原理 ， 它
们存在着 电化学转 化效率低 、电池体积大 、 成本高
等缺陷。
从变压器 设计 的角度 出发， 采用 Ｂ ｏ ｔ ｏ ｓ 升压 电 路的拓扑结构与Ｕ ３ ４ 电流控制型脉 宽调制器相结 Ｃ８２ 合的方法 ， 设计一种新型输 出电压为３ ｖ ６ 的低成本 、 高效 Ｄ ／ Ｃ Ｃ Ｄ 变换器 。Ｂ ｏ ｔ ｏ ｓ 升压 电路结构简单、动 态 反应快 、 换效率高；Ｕ ３ ４ 价格 便宜 ， 电压 转 Ｃ８２ 其 调整方便 ， 调整 精度 可达到０ ０ ％ 工作频率高 （ ．１ ， 可 达 ５ ０ Ｈ ） 将它们有机的结合起来’‘ ０ ｚ 。 ｋ 口 以达到低成 Ｊ
ｅ ｉ ｉｎｃ ．Ｔｈ ｅ ｔｉ ｔ ｎ ｓ ｔ ｅ ｉ ｎ ａ ｎｅ ＤＣ／ ｆ ｃｅ ｙ ｅ ｔ ｘ ｎ ｅ ｄ ｏ ｄ ｓ ｇ ｗ ＤＣ ｏ ｖ ｒ ｅ ｔ ｎ ｏ ｔ ｕ ｆ ３ Ｖ ｙ ｔ ｏｐ ｌ ｇ ｔｕ ｕ ｅ ｏ ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ ｗｉ ａ ｕ ｐ ｔｏ ６ ｂ ｈｅ ｔ ｏ ｏ ｙ ｓｒ ｃｔ ｒ ｆ Ｂｏｏ ｔｃ ｒ ｕｉ ａ ｄ ｈ ｓ ｉｃ ｔ ｎ
本 、高效 Ｄ ／ Ｃ Ｃ Ｄ 变换 的目的 。
图 １ Ｂ ｏｓ ｏ ｔ主 回 路
由图 １口见：设 Ｄ ／ Ｃ Ｊ ‘ Ｃ Ｄ 变换器 的主 电源 电路 的
输入 电压 为 １ Ｖ 经过 Ｂ ｏ ｔ ６ ， ｏ ｓ 电路 升压后达到３ Ｖ ６ ，
用来驱动 负载 （ 适合 电动 白行车） 。 在不连续状 态下， ｏ ｓ 电路 中流过 晶体 管最 Ｂ ｏｔ 大 电流峰值 和 电感 电流有效值 会随着 ｔ ｆ ／ （ 是电感 电容元件的充 电时 问， 电感元件 的 ｔ ｔ是
低功耗DCDC变换器的设计研究
浙江大学硕 士学位论文
致
谢
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图 目录
图１ ． １电源技术的发展过程．．－．－－ ， ， ．－．一 ‘ ．．． ． … １ －．．．． … ． ．－． ． ．． ． ． ’ －－ … ’ ． ． ．－． ． － ’ ．． … ． － ． 图２ ． １线性稳压电源电路原理图．． ． ． ．． ， ． ．．． ．．… … ５ ． ． ．－． ． ． ．． ．．． ． ． ． － －一 ． ． ．－ ． 图 ２ 电荷泵电压反转器电路原理图． ，．．． ．． ．．．．． … … ６ ２ 一 －． ．．－． ．．．． ．． ．．． －－－ ．． ．． － －－… ， … ． ．’ 图２ ． ３电荷泵电压反转器不同阶段等效电路图．－－ ．．．．． ．．－ ． ６ － － ． ． － ．． ．．…… － ． ． ．－ ．． ． ． －． － 图２ ． ４电荷泵降压变换器电路原理图． ．－ ． ． － ． ， ． ．．一， … ７ ． ．－ － ．． 一 ． ． ． ．－ － ． ． ． ． ． ． ． … 图２ ． ５电荷泵降压变换器不同阶段等效电路图． ． ．－． ，． －．．－ ７ ． ． ．．… ． － ． ．．－ ． ．－． ．－ ．． ． ．． ． ．． ．一 图２ ． ６电荷泵升压变换器电路原理图．． … ， ， ， ． ．．． ．．．．－ ８ ．－ … 一 ． ． ． ．．． ．．．． ．－ ．’． ． － － － ．一 ． 图２ ． ７电荷泵升压变换器不同阶段等效电路图．－－ ． ．．．．． ． －一 ８ －．． ．’ ． －－． ． － ．－ ． ．． －－－ ’ ．． ． 图２ 名最基本的斩波电路图及工作波形 ．－－－．．．．．－ … ， … ８ － －．－－ ． ．． … ． ．．－ ．． ．． ． －－． ． ’ ． ． … 图 ２ Ｂ ｓ变换器电路原理图． ， ．．．． ．．．一 ，．．． ．． … ９ ． ｇ ｏｔ … ． ． － ．． ．． ． ．． ．．… ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． － 图 ２ ０由晶体管和二极管组成的Ｂ ｓ电路．．． ．．． ．．．． ． … １ ． １ ｏｔ ． ． ．．．－－ ．． ．… ０ ’ ’ －－． ． ． ． －－． ． ． － ． 图 ２ 不同阶段ｂ ｓ电路的等效电路图． ．． ． １ ｏｔ ．． ． ……，－．．… … ，．． １ －．．． ． － ． ．－． ．． ．． 一
低功耗DC-DC变换器
低功耗DC-DC变换器摘要本文介绍了低功耗直流-直流（DC-DC）变换器的原理、优势和应用。
低功耗DC-DC变换器是一种电子设备，用于将一种直流电源电压转换为另一种直流电源电压，同时实现高效率和节能。
通过采用先进的控制算法和高效率转换器拓扑结构，低功耗DC-DC 变换器在实际应用中具有广泛的用途和优点。
引言在许多电子设备中，需要使用不同电压级别的电源。
传统上，采用线性稳压器来完成不同电源电压的转换，但这种方法效率低下且浪费能量。
为了提高能源利用率、减小体积和降低成本，低功耗DC-DC变换器应运而生。
原理低功耗DC-DC变换器工作原理基于电感和电容的原理。
它通过周期性开关来控制电感上的电流，从而实现能量的传输和变换。
当开关关断时，电感中储存的能量将通过二极管传输到输出端，实现输出电压的稳定。
低功耗DC-DC变换器可以通过调整开关周期、占空比和频率来实现不同的输出电压。
优势低功耗DC-DC变换器具有以下优点：- 高效率：采用先进的控制算法和高效率转换器拓扑结构，使得能量转换效率高达90%以上。
- 稳定性：通过反馈控制和滤波器设计，可以实现稳定的输出电压和电流。
- 紧凑性：相比传统的线性稳压器，低功耗DC-DC变换器体积更小，适用于空间受限的应用场景。
- 可调性：通过调整控制参数，可以实现不同的输出电压和电流，满足不同设备的需求。
应用低功耗DC-DC变换器广泛应用于各种电子设备和系统中，包括：- 移动设备：如智能手机、平板电脑和便携式音频设备等。
- 电子工艺设备：如可穿戴设备、医疗设备和工业自动化设备等。
- 芯片和集成电路：用于提供稳定的电源电压和电流。
结论低功耗DC-DC变换器是一种高效能量转换设备，具有多种优点和广泛的应用。
通过不断改进控制算法和转换器结构，低功耗DC-DC变换器在提高能源利用率和减小设备体积方面发挥着重要作用。
在未来的发展中，我们可以期待低功耗DC-DC变换器在更多领域的应用和改进。
低功耗DCDC开关电源设计
摘要电力电子技术的发展使得开关电源的应用领域越来越广。
相比于传统的线性电源，开关电源有着体积小、功耗低、成本少、可靠性高等诸多的优势，因此在各类电子设备中得到了普遍的应用。
作为在我国能源结构中一直占据最重要位置的煤矿产业，其井下电源也由最初的线性电源逐渐被开关电源所取代。
而白光LED技术的发展也使得井下灯具中LED的使用率越来越高。
本文介绍比较了常见的开关电源的拓扑结构特点和控制反馈方式，结合LED 电气特性以及驱动方法，选用反激式电路，设计了一款基于高性能电流型PWM 控制器UC3842的单端反激式开关电源。
该电源以恒压型输出的方式驱动大功率白光LED完成井下的照明工作。
本设计将总体电路进行了模块化设计。
包含了前级EMI电路、整流电路、输入过压保护电路、钳位电路、UC3842芯片外围电路、反激变换器电路、反馈回路等等。
通过对各个模块电路的理论分析，确定了各组成模块中各个器件的器件型号以及参数数据。
最后通过saber仿真软件进行了仿真，得到了电路的工作性能参数。
关键字：开关电源，白光LED，反激式电路，UC3842，saberABSTRACTWith the development of power electronic technology switching power supply applications more pare with traditional linear power supply,switching power supply has a small size,low power consumption,low cost,high reliability advantage,that has been widely used in various types of electronic equipment.As China's energy structure occupies the most important position in the coal mining industry,the underground power from the initial linear power supply was gradually replaced by a switching power supply.The development of white LED technology also makes underground lamps LED usage is increasing.This article describes the comparison of the common characteristics of the switching power supply topology and control feedback manner,combined with LED electrical characteristics and driving methods,selection of Flyback circuits,based on high-performance current-designed UC3842PWM controller of single-end Flyback switching power supply.The power supply with constant voltage output to drive high power white LED complete lighting of the underground work.The overall circuit design modular analysis.It includes pre-EMI circuit,a rectifying circuit,input overvoltage protection circuit,a clamp circuit,UC3842chip peripheral circuits, flyback circuit,the feedback loop,and so on.Theoretical analysis of circuit through the various modules,each composition is determined the device type of the device and the parameters in the module data.Finally,Saber simulation software simulation, circuit performance parameters are received.KEY WORDS:switching power,white light LED,Flyback supply,UC3842,Saber目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1本设计研究背景 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3本设计主要工作内容 (3)1.4论文组织结构 (3)第2章开关电源原理与LED特性 (4)2.1开关电源基本结构 (4)2.2开关电源拓扑结构 (5)2.2.1降压型（buck）开关电源 (5)2.2.2升压型（Boost）开关电源 (6)2.2.3升降压型（buck-boost）开关电源 (7)2.2.4正激式（Forward）开关电源 (7)2.2.5反激式（Flyback）开关电源 (9)2.3开关电源控制模式 (10)2.3.1电压型PWM (10)2.3.2电流型PWM (12)2.4LED特性 (13)2.4.1LED电气特性 (13)2.4.2LED驱动电路 (14)第3章开关电源电路模块设计 (15)3.1EMI滤波电路设计 (16)3.1.1EMI滤波基本原理 (16)3.1.2EMI电路参数计算 (18)3.2整流滤波电路设计 (19)3.2.1整流电路设计 (19)3.2.2滤波电容的计算 (20)3.3RCD缓冲电路设计 (20)3.4UC3842控制电路设计 (21)3.4.1UC3842芯片介绍 (21)3.4.2UC3842控制电路设计 (22)3.5输入过压保护电路设计 (24)3.6输出滤波电路设计 (26)3.7输出电压电流反馈电路设计 (27)3.7.1反馈电路原理介绍 (28)3.7.2反馈电路相关参数设计 (29)第4章功率变换电路设计 (30)4.1功率开关管的选择 (30)4.2高频变压器设计 (30)4.2.1磁芯的选择 (31)4.2.2最大占空比MAX D 的确定 (32)4.3.3初次级匝数比S P N /N 及匝数的确定 (32)4.3.4初次级侧绕组电感电流参数的确定 (32)4.3.5初次级绕组线径的选择 (33)4.3.6初级侧电感值的确定 (34)第5章仿真电路分析与设计总结 (35)5.1仿真电路设计 (35)5.2仿真结果分析 (35)5.3本次设计总结 (37)附录 (38)附录1：矿用低功耗DC/DC 开关电源电路图 (38)第1章绪论1.1本设计研究背景电源部分是电子设备的“心脏”，其性能的优良关系到电子设备能否正常工作[1]。
低功耗电荷泵DCDC转换电路的设计解读
电子科技大学硕士学位论文低功耗电荷泵DC/DC转换电路的设计姓名:杨志江申请学位级别:硕士专业:微电子学与固体电子学指导教师:李肇基20060501摘要摘要高效率、低成本和低噪声己成为便携式设备中电源管理芯片的发展方向。
其中,电荷泵电路采用电荷转移方式工作,在不需要电感元件情况下可实现一定升压,因此这类电源管理芯片在中低功率的应用中倍受欢迎。
该文分析设计的一种低功耗电荷泵DC/DC转换电路源于和海外公司的合作项目。
它采用0.5微米标准 CMOS 工艺制成,输入电压范围为2.OV~5.5V,且输入电压高于或低于输出电压时, 输出电压都可保持稳定的低纹波输出,并能自动工作于升压或降压模式。
该电荷泵电路采用跳周期调制方式(PsM,有效的降低了芯片功耗,特别在轻负载情况下提高了系统的转换效率。
在典型情况下,芯片满载时的静态电流为lmA,空载时的静态电流仅为60uA,关断电流小于O.01uA。
电路还具有软启动、过热保护及过流保护等多重保护功能。
在电路设计中,首先分析了跨周期调制的电荷泵Dc/Dc转换电路的基本原理, 然后推导出电荷泵等效模型,以此为理论依据分析了电荷泵的两种控制模式:线性调制模式和跳周期调制模式。
通过两种调制模式优缺点的比较并根据芯片低功耗要求,选用跳周期调制模式进行了电路的总体结构设计。
在予电路设计中,作者比较深入分析的内容有:基准电路的原理及低电源电压下基准电路的设计:振荡器和控制电路中尖峰脉冲噪声抑制、两分频电路及死区时间设定;驱动及模式选择电路中开关管的宽长比的选择及模式转换点的设计。
在完成电路原理分析与电路设计的基础之上,还应用EDA软件HsPIcE对各个子电路模块和整体电路进行了功能仿真及量化模拟。
其中,整体仿真指标包括:芯片线性调整率和负载调整率、转换效率、输出电压纹波、芯片静态电流、最大负载电流、输出电压温度特性及短路负载电流。
仿真结果均达到预定指标,验证了作者在第二章中阐述的电荷泵Dc仍c转换器的设计理论,是设计理论与实践相结合的一次有价值的尝试。
低功耗同步DC-DC降压变换器的研究与设计
低功耗同步DC-DC降压变换器的研究与设计低功耗同步DC-DC降压变换器的研究与设计随着信息技术的快速发展，便携式电子设备的需求日益增长。
为了满足这些设备对高性能、低功耗的需求，同步DC-DC降压变换器成为了广泛应用的电源转换电路。
本文将研究并设计一种低功耗的同步DC-DC降压变换器，以提供高效的电能转换。
首先，我们将对同步DC-DC降压变换器的工作原理进行深入研究。
同步DC-DC降压变换器包括两个主要部分：输入电压的变换电路和输出电压的滤波电路。
其中，变换电路由开关器件和电感组成，起到将输入电压变换为合适的输出电压的作用。
滤波电路采用电容器和滤波电感，用于滤除变换电路产生的交流噪声，确保输出电压的稳定性。
其次，我们将对低功耗的设计方案进行探讨。
为了实现低功耗的要求，我们将采取以下措施：1. 选择高效的开关器件：开关器件是同步DC-DC降压变换器中最重要的组成部分。
我们将选择具有低导通和低开关损耗的器件，以提高转换效率。
2. 合理设计电感和电容：电感和电容是变换和滤波电路的关键组件。
我们将通过合理设计电感和电容的数值和布局，以减小能量损耗，并提高电能转换效率。
3. 优化控制策略：同步DC-DC降压变换器的控制方式对于提高转换效率非常重要。
我们将采用先进的控制算法，如模拟控制或数字控制，以提高功耗效率和稳定性。
最后，我们将进行同步DC-DC降压变换器的实验验证。
在设计阶段，我们将使用电路模拟软件进行仿真，并进行性能评估和优化。
之后，我们将根据设计方案进行原型制作与测试。
通过使用高精度的测试仪器，我们将评估实际电路的转换效率、稳定性和功耗等指标，以验证设计的可行性。
通过研究与设计一种低功耗的同步DC-DC降压变换器，可以为电子设备提供高效、长续航时间的电源解决方案。
这将对满足现代社会对电子设备便携性和使用时间的要求具有积极影响。
未来，我们可以在现有设计的基础上进一步研究和改进，以提高功耗效率和降低成本，满足电子产品日益增长的能耗需求。
DC转换器的研究与设计的开题报告
一种降压型DC/DC转换器的研究与设计的开题报告开题报告一种降压型DC/DC转换器的研究与设计1. 研究背景和意义近年来，随着微电子技术和自动化技术的不断发展，电子产品越来越小型化和微型化，以至于很多电子产品必须采用电池供电。
但是，电池的电压和容量有限，因此需要一种能够将电池输出电压稳定在某个可接受的范围内的电路。
DC/DC转换器正是这样一种电路，它能够将一个电源的电压稳定地降低到另一个电源需要的电压，从而实现对电源的有效利用。
在工业控制系统、计算机系统等各种电子设备中，DC/DC转换器广泛应用。
一般来说，DC/DC转换器在应用中要求输出稳定可靠，电路占用空间小、成本低，因此对于DC/DC转换器的设计和研究具有非常重要的意义。
2. 研究目的和内容本研究的主要目的是设计一种降压型DC/DC转换器，实现输入电压与输出电压之间的稳定转换。
具体研究内容包括：(1) 分析DC/DC转换器的结构和工作原理，综合比较几种常见的降压型DC/DC 转换器的特点和优缺点，确定本研究所采用的转换器类型。
(2) 针对选定的降压型DC/DC转换器，通过理论分析和仿真试验，合理选取合适的元器件参数，建立转换器的数学模型和控制模型。
(3) 在理论分析和仿真试验的基础上，设计和制作一台实验样机，对样机进行实验测试和参数调优，对其输出性能、效率和稳定性进行分析和评价。
3. 研究方法和技术路线(1) 文献调研法：通过查阅专业文献和互联网相关资料，了解当前DC/DC转换器研究的国内外现状、发展趋势和技术水平。
(2) 理论分析法：以选定的降压型DC/DC转换器为研究对象，结合其工作原理和数学模型，深入分析其性能和参数变化规律，为后续的仿真试验和实验测试提供理论基础。
(3) 仿真试验法：采用模拟仿真软件对设计的转换器进行仿真试验和参数调优，提高设计效率和减少实验成本。
(4) 实验测试法：设计和制作一台实验样机，对其输出性能、效率和稳定性进行实验测试和分析，评价转换器的实际应用价值和优缺点。
毕业设计—便携式DCAC逆变电源设计
毕业设计—便携式DCAC逆变电源设计一、引言逆变电源是将直流电能转换为交流电能的一种电子设备，广泛应用于无线通信、家用电器和电子产品等领域。
传统的逆变电源通常采用大型变压器和独立的整流和逆变电路，体积大、效率低。
为了满足现代化生活的需求，便携式逆变电源的设计变得越来越重要。
本文旨在设计一种便携式的直流-交流逆变电源，具有小巧轻便、高效率和良好的负载适应性等特点。
二、设计原理本设计主要采用的是基于全桥拓扑的逆变电路，输入电源为一个稳定的直流电压，输出电源为一个稳定的交流电压。
1.全桥逆变器原理全桥逆变器的基本原理是将直流电能转换为交流电能。
它由四个开关管组成，它们根据逆变器的工作方式交替打开和关闭，以便将直流电流交替流过变压器的不同侧。
2.控制电路控制电路对开关管的开关时间进行控制，以保证逆变器工作的稳定性。
常见的控制电路有PWM控制和SPWM控制。
PWM控制的原理是通过调整开关管的开关频率来控制输出电压的幅值，同时通过调节占空比来控制输出电压的频率。
SPWM控制则是调整开关管的开关频率和占空比来控制输出电压的波形。
3.滤波电路滤波电路用于滤除逆变过程中产生的高频噪声和谐波，保证输出电压的稳定性和平滑性。
三、设计步骤1.确定输入和输出参数根据实际需求，确定输入电压、输出电压和输出频率等参数。
2.选择开关管和变压器根据输出功率和电流要求，选择适合的开关管和变压器。
3.设计控制电路根据所选定的控制电路，设计和搭建控制电路，并进行实验测试。
4.设计滤波电路根据所选定的滤波电路，进行电路设计和实验测试，确保输出电压的稳定性和平滑性。
5.优化电路和布局优化电路和布局，减小电路的尺寸和体积，提高整体效率和稳定性。
四、实施计划1.设计电路的原理图和PCB布局图，并进行调试和测试。
2.确定电路的参数和性能指标，并进行性能测试。
3.优化电路和布局，减小尺寸和体积。
4.编写设计报告，并撰写毕业论文。
五、预期结果与意义本设计将设计一种小巧轻便、高效率和负载适应性好的便携式逆变电源。
基于MOSFET的小功率双向变换DC-DC变换器设计
第40卷第5期2021年5月Vol.40 No.5May. 202]绵阳师范学院学报Journal of Mianyang Teachers ” CollegeDOI : 10.16276/kixn51- 1670/g.2021.05.006基于MOSFET 的小功率双向变换DC-DC 变换器设计谢驰1,孙幸临1,刘影（1.四川大学锦城学院智能制造学院，四川成都611731 ；2,电子科技大学机械与电气工程学院，四川成都611731）摘 要：DC-DC 变换器被广泛应用于分布式供电体系领域.本文分别用IGBT 和MOSFET 搭建可逆DC-DC 变换器，实现24 V 到12 V,相应速度为100 ms 的双向变换小功率DC-DC 变换器设计.通过MATLAB/Simulink 仿 真验证了基于MOSFET 搭建的电路得到的电压值波形浮动为0.IV ,相比于IGBT 模型更为稳定.关键词：MOSFET ： DC-DC 变换器；小功率；Boost-Buck中图分类号：TM44 文献标志码：A 文章编号：1672-612X （2021）05-0027-050引言DC-DC 变换器是指将一固定直流电压转变为另一固定直流电压的转换器巴DC/DC 变换器大致可以分为 三类:升压型DC/DC 变换器（Boost 变换器）、降压型DC/DC 变换器（Buck 变换器）以及升降压型DC/DC 转换 器（Boost-Buck 变换器）［2-3］. DC-DC 变换器是一种能高效实现宜流到宜流功率变换的集成混合功率器件，主 要应用了高频功率变换技术，也就是将直流电压通过功率开关转换成高频开关电压•常用的调制方式有:PFM 调制方式（脉冲频率调制方式），PWM 调制方式（脉冲宽度调制方式）和调频调宽混合调制PWM 调制方式是定频调宽控制方式，这种控制方法是保持斩波周期T 不变，只改变斩波器的导通时间 T on .特点是:斩波器的基本频率固定,所以滤除高次谐波的滤波器设计比较容易• PFM 调制方式是定宽调频控 制方式，这种控制方式是保持导通时间几不变，而改变斩波周期T.特点是斩波回路和控制电路简单,只有频 率是变化的■ PWM 调制方式滤波和控制都十分容易，纹波电压小，且开关频率固定，所以噪声滤波器设计比较 容易,消除噪声也较简单血"■在本文设计中，选择使用PWM 调制方式来进行对DC-DC 变换器的控制.1电路设计本文设计DC-DC 变换的拓扑结构，实现电池的充放电自动切换控制，通过对双向DC-DC 变换器工作原理进行研究，实现对电池的充放电自动切换控制的电路设计，要求如下:输入电压24 V,输出电压12 V,充放电切换响应时间不大于100 ms.设计总体框图如图］所示■双向DC/DC 变换电路采用Busk-Boost 变换器拓扑结构如图2所示.图1设计总体框图Fig.l The overall design diagram图2是一个Buck-Boost 变换器，它由2个全控型器件S1和S2控制.在这个电路中,S1和Diode2组成了 降压斩波电路，由电源向电池供电,S2和Diodel 组成了升压斩波电路，由电池向电源反馈电能.二者不会同时 工作，如果S1和S2同时导通，将会使电源短路,进而损坏器件.其中Buck 变换器拓扑结构如图3所示.收稿日期=2020-11-27第一作者简介:谢驰（1956-）,女，四川自贡人，教授，博士，研究方向:机械设计及智能测试技术.*通信作者简介:刘影（1984-），女，四川成都人，副教授，博士，研究方向:信号与信息处理，智能电网技术.• 27 •绵阳师范学院学报(自然科学版)16)Fro m 2S1DiodelB 911 ar.图2 Buck-Boost 变换器拓扑结构Fig.2 The topology of Buck-boost converter 图3 Buck 变换器拓扑结构Fig.3 The topology of Buck converter 图3是一个Buck 变换器，它由一个全控型器件S 控制，当S 导通时，电源匕向负载供电，负载电压 U 。
一种小功率高效率反激式DC—DC变换器的优化设计
维普资讯
向 Ｕ ３４ Ｃ ８２的 Ｖ 。弓脚 ７ 提供 约 １Ｖ 的 启 动 电 压 ． ０（ Ｉ ） ６ 正 常工 作 以后 ，ｃ的 电源 由 自激 绕 组 整 流 后 获 得 。 电 路 １
的 工作 过程 是 由 ＵＣ ８ ２控 制 的 ＭＯＳ Ｅ ３４ Ｆ Ｔ把 直 流 电 压 转换 成具 有 不 同 脉 冲 宽 度 的 矩 形 渡 ， 送 到 高 频 变 压 输 器 ． 降 压 、 离 后 整 流 滤 渡 输 出。 在 反 馈 环 节 中 ， 经 隔 ＴＬ ３ ４ １对输 出电 压进 行 采样 ， 给 线 性光 耦 Ｏｐｏ 再 传 供 ｔ， 输 绐 ＵＣ ８ ２ 然 后经 过 芯 片 的误 差 放 大 器 、 ＷＭ 馈 ３ ４ Ａ， Ｐ 存 器 ， 制 Ｍ０ Ｈ 汀 门极 的通 断 。 控 ｓ ＵＣ ８ ２ 的 工 作 频 率 很 竟 ， 合 几 十 ｋ ｚ～ ３４ Ａ 适 Ｈ ５ ０ Ｈｚ的宽频 带 内工 作 。ＵＣ ８ ２的 输 出频 率 由 以下 ０ｋ ３４
决： 定
ｉ 菇 爵 １ 苦
（ １ ）
其 中 Ｒｒ为 ４端 与 ８间 电阻 ， Ｃ 为 ４端 接 地 电容 。 ２ 电路 设 计 要点
为 了减 少 体积 ， 须 使 开 关 电源 高 频化 ， 照 必 按
目前 的技 术水 平 ， 果 不采 用特 别 的 技术 ． 几 百 如 在
低 开 关损 耗 ， 目前 通用 的 方法 是应 用 软 开 关技 术 ． 开 使
DCDC开关变换器的建模分析与研究
DCDC开关变换器的建模分析与研究DC-DC开关变换器是一种将直流电能转换为可变电压或可变电流的电力转换设备。
它通过开关管的开关操作，将输入直流电源通过开关操作从电源中提取电能，经过滤波和调节后，输出所需的电压或电流。
DC-DC开关变换器的建模分析与研究主要包括以下几个方面：1.基本电路模型：DC-DC开关变换器一般由开关管、电感、电容和二极管等基本元件组成。
建立这些元件之间的电路连接关系，可以得到DC-DC开关变换器的基本电路模型。
2.状态空间分析：通过建立DC-DC开关变换器的状态空间方程，可以对系统的状态进行描述和分析。
状态空间分析可以帮助研究者深入了解系统的动态特性，比如系统的阻尼、振荡频率等。
状态空间分析还可以进行系统控制设计和参数优化等工作。
3.均衡分析：DC-DC开关变换器在不同工作状态下，系统的电压和电流会有不同的变化特性。
通过对系统的均衡分析，可以确定系统在不同工作状态下的电压、电流等数据。
这对于系统的稳定性分析、能量传输效率的研究以及开发可靠的控制方法等方面都有重要意义。
4.动态响应分析：DC-DC开关变换器在不同负载和输入条件下，系统的动态响应特性会有所不同。
通过对系统的动态响应进行分析，可以了解系统对负载变化和输入电压波动等的适应能力，为系统的控制方法设计提供依据。
5.控制策略研究：DC-DC开关变换器的控制策略研究是建模分析的重要内容。
不同的控制策略可以对系统的性能产生不同的影响。
常用的控制策略包括比例积分控制（PI控制）、模糊控制、模型预测控制（MPC）等。
通过对不同控制策略的比较和分析，可以选择适合特定应用场景的最佳控制策略。
总之，DC-DC开关变换器的建模分析与研究对于深入理解系统的电气特性、设计高效可靠的控制方法以及提高系统的性能都具有重要意义。
在建模分析与研究的过程中，需要考虑系统的基本电路结构、状态空间方程、均衡分析、动态响应特性和控制策略等多个方面的内容，通过综合分析和比较，可以得到对系统性能和工作特性有较好理解的研究成果。
DCDC变换器的设计方案
DCDC变换器的设计方案DC-DC变换器是一种将直流电压转换成不同电压级别的直流电压的电子装置。
它是许多电子设备中不可或缺的一部分，其设计方案非常重要。
下面将介绍一种基本的DC-DC变换器设计方案。
首先，设计者需要明确变换器的目标和需求。
例如，确定输入电压范围、输出电压范围、输出电流要求和效率要求等。
这些指标将帮助确定所需的拓扑结构和器件选择。
接下来是选择合适的拓扑结构。
常见的DC-DC变换器拓扑包括降压和升压拓扑，如降压型Buck变换器、升压型Boost变换器和升降压型Buck-Boost变换器等。
根据具体的需求选择合适的拓扑结构。
然后，选择合适的主控元件。
主控元件通常是功率MOSFET或功率BJT晶体管。
它需要能够处理所需的输入电压和输出电流，并能够实现所需的开关频率。
同时，选择合适的主控元件还需要考虑其开关损耗和导通损耗，以提高效率。
在接下来的设计过程中，需要选择合适的输出滤波元件，以滤除开关电压的高频噪声并提供稳定的输出电压。
常见的输出滤波元件包括电感和滤波电容。
合理选择滤波元件的参数可以减小输出电压的纹波和提高稳定性。
此外，设计中还需要考虑保护电路。
保护电路可以防止过电流、过温和短路等故障情况的发生。
这些保护机制通常包括过电流保护、过温保护和短路保护。
最后，设计者需要进行仿真和测试。
使用专业的电子电路仿真软件可以模拟电路性能，包括输入输出电压、电流波形和效率等。
在仿真过程中，设计者可以优化电路参数以满足要求。
完成仿真后，需要进行测试以验证设计的正确性和可靠性。
总之，DC-DC变换器的设计方案需要明确目标和需求，选择合适的拓扑结构和主控元件，设计适当的输出滤波元件和保护电路，并经过仿真和测试验证其性能。
合理的设计方案可以实现高效、稳定和可靠的DC-DC变换器。
低压输入小功率DC／DC变换器的研制
低压输入小 功率 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ变 换 器 的研 制
王金婵 ， 邢变丽 ， 陈 晨
（ 陕西华经微 电子股份有 限公 司 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要 ：文 中论 述 了 ５ Ｖ输 入 ±１ ５ Ｖ 输 出的 小 功 率 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 变换 器的 设 计 和 批 量 化 持 续 改进 过 程 的技 术 总 结 ， 详 细 地 介
上 采 用 密封 结 构 。
１ 产 品 设 计 过 程
混 合 集成 电路低 压 输 入小 功 率 Ｄ Ｃ ／ ＤＣ变换 器 产 品主要技 术 指标 如表 １ 所 示 。产 品的非 密封 结 构改 为 密封 结构 ， 外 形尺 寸 及 引脚 定 义 保 持 不 变 。结 构 代 号
为 Ｃ结构 。 １ ． １ 方案 选择 小 功率 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ变 换 器 常用 的 电路 拓 扑有 单 端 正 激 、反 激 和推挽 正激 变换 器 ， 相较 之下 ， 反激 式 拓扑具 有 元器 件少 ， 成 本低 的优 点 ， 适 合小 型 化 。 开 关 电源 主要 有 两种 控 制 方 式 ： 电压 模 式 和 电流 模 式 。而 电流模 式 与 电压 模 式相 比优 点在 于对 输入 电 压 的变化 及 时响应 （ 电压前 馈 特 性 ） ， 反 馈 回路设 计 简 化， 并联 输 出 ， 改 善负 载 电流调 整率 。
Ｔｈ ｅ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｍａ ｌ １ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｏ ｒ ｏ ｆ Ｌ ｏ ｗ－ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ
Ｗ ＡＮＧ Ｊ ｉ ｎ － ｃ ｈ ａ ｎ． ＸＩ ＮＧ Ｂ ｉ ａ ｎ － ｌ ｉ ． ＣＨＥＮ Ｃｈ ｅ ｎ
DCDC变换器热设计与分析优化工具
DCDC变换器热设计与分析优化工具在设计和优化DCDC变换器的过程中，热问题是一个重要的考虑因素。
由于DCDC变换器在工作过程中会产生一定的热量，如果不能有效地进行热管理，就会对变换器的性能和可靠性产生不利影响。
因此，研究DCDC变换器的热设计与分析优化工具，对于提高其工作效率和可靠性具有重要意义。
一、热设计的重要性及挑战在DCDC变换器中，功率元件是主要产生热量的部件，包括半导体开关器件和电感元件。
这些元件在工作过程中会产生较高的温度，如果温度过高，就会影响其工作效率和寿命。
因此，在进行DCDC变换器的设计时，必须考虑热量的传导和散热，以保证元件的工作温度在安全范围内。
然而，DCDC变换器的热设计还面临着一些挑战。
首先，变换器的整体体积通常较小，为了满足体积要求，元件的布局和散热设计相对困难。
其次，功率元件的热传导路径复杂，需要考虑元件之间的热耦合，以及热量在导体、散热器和周围环境之间的传递。
此外，工作条件的变化也会对热设计带来一定的挑战，例如负载变化、环境温度变化等。
二、热设计与分析优化工具的作用为了解决DCDC变换器的热设计问题，研发和使用热设计与分析优化工具具有重要意义。
这些工具可以帮助工程师在设计过程中快速、准确地评估热性能，并优化设计方案，从而提高变换器的工作效率和可靠性。
热设计与分析优化工具主要包括以下几个方面的功能：1. 温度模拟与仿真：通过建立数学模型，模拟DCDC变换器各部件的温度分布情况，帮助工程师快速了解热分布情况，并进行散热设计的初步评估。
2. 热阻分析与优化：热阻是评估热传导能力的重要参数，通过分析热阻的大小和分布，可以找到热阻较大的部位，并进行有针对性的优化，提高热传导效率。
3. 散热器设计与优化：散热器是提高散热效率的重要手段，通过优化散热器的结构和材料，可以提高其散热能力，并满足DCDC变换器的热管理需求。
4. 热分析与优化算法：通过最优化算法，自动搜索最佳的热设计方案。
适合低压大电流应用的DCDC变换器的研究
其中，ＶＳＲｌ和ＶＳＲ２的总导通损耗可表示为：
①导通电阻Ｒ女（。）小，栅源极间的结电容ｃ。
ＰｄＭ＝聪Ｒｍ
（８） 小；
ＶｓＲ。和ＶＳＲ２的栅源结电容引起的总驱动损耗为：
②在较小的驱动电压下就可完全开通；
Ｐ９２２ＱｔＶｔ，ｓ
（９）
式中 Ｑ。——ＭＯＳＦＥＴ每次开通需要的驱动电荷
Ｖ。——为驱动电压幅值
ＶＳＲｌ和ＶＳｍ的体二极管的导通损耗：
５５
万方数据
＊３６卷＃３期 ２００２年６月
电力电子技术 Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｅｔｒｏｎｉｃｓ
Ｖｏｌ ３６．Ｎｏ．３ Ｊｕｒｔａ。２００２
础上进行选择。 当负载电流很大时，并联同步整流管可以有效
地减小整流管的导通损耗，但并联ＭＯＳ管的数目 并不是越多越好。由图６可知，当并联数目增加到 ４只，开关频率大于６０ｋＨｚ时，其整流损耗就比２只 ＭＯＳ管并联时大，这是由于整流管的结电容也随之 增大。因此，并联同步整流管的数目是有限制的，应 根据负载电流、ＭＯＳＦＥＴ型号、开关频率、体积、成 本等具体情况，经过分析计算确定。
ＶｄＩ从（Ｖｈ＋Ｖ。）往下降．变压器初级电压从ｙ。开
始下降。丁６时刻，ＶＳｌ的漏源电压Ｖ０降为ｙｍ，在 模态６中，主管ＶＳｌ在开通前的漏源电压由（Ｖｉ。＋ 玑）降为输入电压矿。。部分实现了软开关。
Ｔ。时刻的磁化电流：
ｊ。（Ｔ。）＝＾／Ｄ２Ｖｉｏ蚕（６）
开关模态７（瓦～Ｔ，）：Ｔ６时刻，初级电压由负 变到零，Ｖｓｍ关断，负载电流流过Ｖ啦。并随着次级 电压的上升，流过ｖＤ２的负载电流逐渐往ＶＤｌ换 流，ｆＤｌ折射到初级，流过ＶＤｌ和ＶＤ２的电流ＪＤｌ、 ＩＤ２之和为负载电流Ｊ。。此时初级给Ｇ放电的电流 为［Ｉ Ｊ。（丁６）Ｉ—ｂ。Ⅳ］
低功耗降压型DCDC转换器的设计的开题报告
低功耗降压型DCDC转换器的设计的开题报告一、选题背景及意义随着电子设备的普及和功能的增强，对电力需求的要求越来越高。
为了满足电子设备对电源的要求，DC-DC转换器应运而生。
DC-DC转换器是将直流电能转化为直流电能的电力转换装置，广泛应用于计算机、通信、医疗、航空航天等领域。
在这些领域，对于性能高、功耗低、集成度高、可靠性好的DC-DC转换器需求越来越大。
而在这些转换器中，低功耗降压型DC-DC转换器是其中更为关键和重要的一种。
因此，设计和实现低功耗降压型DC-DC转换器具有十分重要的意义，也是当前热门的研究方向之一。
二、研究内容本课题旨在设计并实现一种低功耗降压型DC-DC转换器，包括以下内容：1.研究和分析低功耗降压型DC-DC转换器的原理，确定关键点；2.设计合适的拓扑结构和电路方案，选择合适的元器件；3.进行仿真和测试，优化方案，分析电路性质；4.对电路进行实际制作，完成低功耗降压型DC-DC转换器的样机，进行测试和性能评估。
三、主要参考文献1. 陈道清. DC−DC转换器设计技术[M]. 北京：机械工业出版社，2005.2. 李才照. DC-DC转换电路技术[M]. 北京：电子工业出版社，2006.3. 沈继豪. 低功耗降压型DC/DC转换器的设计及应用研究[D]. 华南理工大学，2011.4. 马顺波. DC-DC降压型开关电源的设计[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2003.四、预期研究结果通过本次研究，预期达到以下的目标：1.设计一种新型的低功耗降压型DC-DC转换器，实现高效率和高可靠性；2.实现转换器电路的仿真和测试，获得电路的稳定性和性能参数；3.制作出装备完整、性能优越的样机，验证该转换器的实用价值；4.为低功耗降压型DC-DC转换器在实用领域的应用提供有力技术支持。
高效率、低功耗直流电压转换器芯片设计与实现的开题报告
高效率、低功耗直流电压转换器芯片设计与实现的开题报告一、研究背景当前，随着科技的发展，移动设备、智能家居等低功耗终端设备的需求不断增加，这些设备需要使用电池等电源来提供电能。
因此，如何将电池等低压直流电源的电能有效地转换成稳定的高压直流电源，是当前研究的一个热点问题。
同时，直流电压转换器的功耗也成为了研究的重点之一。
直流电压转换器芯片作为转换直流电源的核心部件，必须具备高效率、低功耗、小体积和高性能等特点。
为了提高芯片的工作效率和降低功耗，需要对其进行优化设计。
二、研究目的本研究旨在设计和实现一种高效率、低功耗的直流电压转换器芯片，主要研究内容包括：1. 分析直流电压转换器的特点和工作原理，选择合适的拓扑结构。
2. 针对现有直流电压转换器芯片的问题，设计并优化高效率转换电路。
3. 开发和测试电路模型，在实验室中对芯片进行验证和性能测试。
4. 最终实现面向实际应用的直流电压转换器芯片。
三、研究方法1. 根据直流电压转换器芯片的特点和实际应用需求，选择合适的转换拓扑结构。
2. 设计高效率转换电路，使用一些技术手段来进行电路优化，包括功率转换技术、差分对技术、谐振技术等。
3. 在Cadence软件中进行电路模拟，并对模拟结果进行分析和优化。
4. 利用PCB设计工具设计电路板，并制作电路原型。
5. 在实验室中对原型进行性能测试，包括输入输出电压、输出电流、效率等参数的测试。
四、预期结果本研究预计实现一种高效率、低功耗的直流电压转换器芯片。
该芯片具有小体积、高性能和稳定的输出电压等特点，能够适应各种低功耗电子设备的应用需求。
五、研究意义本研究设计和实现的直流电压转换器芯片，具有广泛的应用前景，在移动设备、智能家居等领域中有着重要的实际意义。
其研究成果不仅可以提高直流电源的利用效率，降低能源浪费，还可以促进电子行业的发展，实现可持续发展目标。
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设计了低功耗宽带误差放大器、低功耗功率管驱动电路等。 论文分析了Ｂ ｔ ｏｓ变换器系统存在的常见问题， 如无法启动现象、 启动时电 流浪涌现象、 系统不稳定等， 并相应地加入了最大占空比限制电路， 软启动电路 与过流保护电路， 以及反馈补偿网络。 并对这些电路进行了仿真优化与测试。 最
浙江大学硕士学位论文
摘 要
随着片上系统 ｓＣ设计技术的高速发展，如今 ｓＣ己成为集成电路发展的 ｏ ｏ 热点， 可以说，集成电路己进入 ５Ｃ时代。 ５Ｃ技术在单一硅芯片上集成了数 ｏ ｏ 字电路、 模拟电路、 信号采集和转换电路、 存储器等，实现一个系统的功能． 这 些模块都需要电源的支持， 好的电源供给是系统稳定工作的基础， 良 最常见的解 决办法是在 ＳＣ芯片外加一块或几块电源芯片供电，以满足系统的要求。然而 Ｏ
后对变换器进行了系统级的仿真优化， 采用同步整流技术， 降低了变换器的整流 损耗，提高了系统的效率。并在各种条件下对系统功能和性能进行了仿真测试， 设计的转换器能够在宽输入电压、宽输出电 流范围内正常工作，并且性能良 好，
输出电 压纹波小（ ５ ） ＜ ％ ，系统转换效率高（ ． ０ 基本在 ９％以上） ０ 。
为了减少电源损耗，减小系统的体积，降低成本。设计者希望把电源也集成到
ｏ ｓＣ当中。 同时， 随着半导体工艺技术的提高及便携式电子产品的迅猛发展， 电 子产品对电源的要求越来越大，宽输出电流范围、 低功耗是电源 Ｉ 发展的必然 Ｃ 趋势。 另外， 为了实现小型便携式电子产品的普通电 池供电， 单片升压型Ｄ 心Ｃ Ｃ 变换器的设计研究的重要性毋庸置疑。 鉴于以上几点，同时考虑到当前在 ｓＣ设计中数字 Ｃ Ｓ ｏ ＭＯ 工艺占有主导地 位， 因此本课题的研究内容是： 基于标准数字Ｃ Ｏ 工艺 （Ｍ Ｏ ８ Ｃ Ｓ Ｍ Ｓ Ｓ Ｉ ． ｕ ＭＯ Ｃ １ｍ 工艺）的升压型、低功耗Ｄ 心Ｃ变换器设计研究。 Ｃ 本论文比较分析了多种 Ｄ 心Ｃ变换器，以及各种反馈控制方式的优缺点， Ｃ 选择采用 Ｂ ｓ升压电 ｏｔ 路实现， 并采用电压模式的Ｐ ＷＭ反馈控制方式将变换器 构成闭环系统，以提高输出的精度和动态特性。 对于 Ｂ ｓ拓扑电 ｏｔ 路中的元件参 数， 按照课题提出的设计规格和低功耗的要求进行优化设计。 在实现过程中， 设 计了低电压基准电压源， 以确保输出电压随输入电源电压变化的波动较小； 利用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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浙江大学硕 士学位论文
致
谢
．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．－．．．．．．．．．．．．．……５ ８
图 目录
图１ ． １电源技术的发展过程．．－．－－ ， ， ．－．一 ‘ ．．． ． … １ －．．．． … ． ．－． ． ．． ． ． ’ －－ … ’ ． ． ．－． ． － ’ ．． … ． － ． 图２ ． １线性稳压电源电路原理图．． ． ． ．． ， ． ．．． ．．… … ５ ． ． ．－． ． ． ．． ．．． ． ． ． － －一 ． ． ．－ ． 图 ２ 电荷泵电压反转器电路原理图． ，．．． ．． ．．．．． … … ６ ２ 一 －． ．．－． ．．．． ．． ．．． －－－ ．． ．． － －－… ， … ． ．’ 图２ ． ３电荷泵电压反转器不同阶段等效电路图．－－ ．．．．． ．．－ ． ６ － － ． ． － ．． ．．…… － ． ． ．－ ．． ． ． －． － 图２ ． ４电荷泵降压变换器电路原理图． ．－ ． ． － ． ， ． ．．一， … ７ ． ．－ － ．． 一 ． ． ． ．－ － ． ． ． ． ． ． ． … 图２ ． ５电荷泵降压变换器不同阶段等效电路图． ． ．－． ，． －．．－ ７ ． ． ．．… ． － ． ．．－ ． ．－． ．－ ．． ． ．． ． ．． ．一 图２ ． ６电荷泵升压变换器电路原理图．． … ， ， ， ． ．．． ．．．．－ ８ ．－ … 一 ． ． ． ．．． ．．．． ．－ ．’． ． － － － ．一 ． 图２ ． ７电荷泵升压变换器不同阶段等效电路图．－－ ． ．．．．． ． －一 ８ －．． ．’ ． －－． ． － ．－ ． ．． －－－ ’ ．． ． 图２ 名最基本的斩波电路图及工作波形 ．－－－．．．．．－ … ， … ８ － －．－－ ． ．． … ． ．．－ ．． ．． ． －－． ． ’ ． ． … 图 ２ Ｂ ｓ变换器电路原理图． ， ．．．． ．．．一 ，．．． ．． … ９ ． ｇ ｏｔ … ． ． － ．． ．． ． ．． ．．… ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． － 图 ２ ０由晶体管和二极管组成的Ｂ ｓ电路．．． ．．． ．．．． ． … １ ． １ ｏｔ ． ． ．．．－－ ．． ．… ０ ’ ’ －－． ． ． ． －－． ． ． － ． 图 ２ 不同阶段ｂ ｓ电路的等效电路图． ．． ． １ ｏｔ ．． ． ……，－．．… … ，．． １ －．．． ． － ． ．－． ．． ．． 一
关 键词： 。ｓ变换器， Ｂ。 ｔ 同步整流， 电压型Ｐ ＷＭ控制， 基准电压源， 误差放大器，
锯齿波发生器、功率管驱动电路
浙江大学硕士学位论文
Ａｂ ｔ ８ ｔ ｓｆ Ｃ
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