低压大电流同步整流DCDC转换器设计
大电流dc-dc降压设计原理
大电流dc-dc降压设计原理大电流 DC-DC 降压设计原理大电流 DC-DC 降压转换器在各种电子系统中扮演着至关重要的角色，从便携式设备到工业电机控制。
它们将较高电压转换为较低电压，同时保持或增加电流容量。
以下是设计大电流 DC-DC 降压转换器的关键原理：功率器件选择选择合适的功率器件（开关管）对于确保转换器的效率和可靠性至关重要。
常见的选项包括 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。
对于大电流应用，低导通电阻和低栅极电荷的功率 MOSFET 是理想的选择。
开关频率和电感值开关频率和电感值共同决定了转换器的尺寸、效率和纹波电流。
较高的开关频率通常会导致较小的电感值，但会增加开关损耗。
较低的开关频率需要更大的电感值，但会降低效率。
最佳值取决于负载电流、电压和纹波电流要求。
输入和输出电容输入和输出电容用于吸收电流纹波，从而平滑转换器输出电压。
电容值为开关频率、负载电流和纹波电流要求的函数。
电容的 ESR （等效串联电阻）也应尽可能低，以最大限度地减少损耗。
反馈回路反馈回路用于调节转换器的输出电压。
常见拓扑包括电压模式和电流模式。
电压模式控制通过比较输出电压与基准电压来调节占空比，而电流模式控制通过比较电感电流与基准电流来调节占空比。
同步整流同步整流技术可以提高转换器的效率，尤其是在大电流应用中。
通过使用低导通电阻的 MOSFET 作为整流器，而不是使用二极管，可以显著减少整流损耗。
散热大电流 DC-DC 降压转换器在大电流条件下运行，会产生大量热量。
因此，散热是至关重要的。
可以使用散热器、热垫和强制空气冷却来管理热量。
保护特性为了确保转换器的可靠性和安全性，应纳入多种保护特性。
这些包括过流保护、过压保护、欠压保护和短路保护。
布局和布线转换器的布局和布线对于性能至关重要。
应使用宽走线和低电感环路来最大限度地减少损耗和 EMI（电磁干扰）。
电容器和电感器应放置在靠近功率器件以最小化寄生效应。
低压大电流多相数字DC-DC转换器的研究的开题报告
低压大电流多相数字DC-DC转换器的研究的开题报
告
一、选题背景与意义
数字DC-DC转换器是现代电力电子技术的一种关键应用，其功能包括电力转换、充电、充电、蓄电池管理等多种应用。
数字DC-DC转换器
是一种采用先进的数字控制方法，实现高功率密度、高效率、高可靠性
的直流至直流转换器。
低压大电流多相数字DC-DC转换器的研究是电力
电子技术研究的一个热点，其关键在于研究如何提高转换器的功率密度、增强可靠性和提高效率。
二、研究目标和内容
本文旨在对低压大电流多相数字DC-DC转换器进行研究，探索其在功率密度、可靠性和效率方面的优化，包括以下几个方面的内容：
1. 梳状电容器及其应用；
2. 拓扑设计和控制策略；
3. 优化设计及仿真模型；
4. 硬件平台实现及实验验证。
三、研究方法和步骤
本文主要采用综合性研究的方法，包括实验研究、数值仿真和理论
计算等方法。
具体步骤如下：
1. 查阅相关文献，了解数字DC-DC转换器及其发展趋势；
2. 确立研究目标和内容，分析相关技术优缺点；
3. 设计多相数字DC-DC转换器的拓扑结构和控制策略；
4. 进行基于PSIM和Matlab工具的仿真分析，根据仿真结果进行设计参数的优化；
5. 实验验证，建立硬件平台进行实验验证，验证仿真结果。
四、预期成果和意义
通过本研究，预期可以实现低压大电流多相数字DC-DC转换器的高效、稳定和可靠控制，增强其在电力电子领域的应用价值，提高直流转换器的性能，推动数字DC-DC转换器技术的发展。
同时，预计本研究成果对低压大电流多相数字DC-DC转换器的应用和推广具有重要的参考价值。
低压大电流DCDC变换器拓扑分析
低压大电流DC/DC变换器拓扑分析摘要：目前对低压大电流DC/ DC 变换器的研究方兴未艾。
如何选择合适的拓扑电路是其首要任务。
从拓扑、应用方面系统地论述了低压大电流技术近期的发展，阐述了各种拓扑电路的特点及用途并进行了分析比较。
同时，详细地介绍了其关键的同步整流技术及其各种驱动方法。
1 引言随着电子技术的迅速发展，以及各种微处理器、IC 芯片和数字信号处理器的普及应用，对低压大电流输出的低压变换器的研究与应用成为日益重要的课题。
在低电压输出的情况下，一般的二极管整流很难达到较高效率，需采用同步整流技术，这就使得同步整流成为低压大电流技术中的关键技术。
另外，如何选择合适的拓扑，使变换器的性能最优化，也是一个极其重要的问题。
首先分别从变压器的初级和次级对各种基本拓扑进行分析比较，分别得出初级和次级适合于低压大电流的优化拓扑，然后进行组合，列举了3 种典型的拓扑，最后对优化的组合作进一步的比较分析。
2 基本拓扑及其优缺点分析以变压器为界，此类变换器的初级拓扑可从其所能传送的功率以及拓扑结构的复杂程度等方面进行分析。
在提高低压大电流变换器的效率中显得尤为重要的是其次级的拓扑。
本文首先从提高效率的角度对其进行分析，然后综合考虑其结构复杂性和驱动方式等的问题。
2. 1 变压器初级拓扑的优选相对于升压型变换器来说，降压型变换器更加适用于低压大电流变换器。
其变压器初级的基本拓扑主要可用正激式、反激式、推挽式、半桥式和全桥式等5 种。
但是，其中的反激式变换器显然不适合低压大电流的要求，因为它的输出纹波较大，变压器漏感引起较大的电压尖峰，功率不大（150W 以下）,变换器效率不高，因而只能在电压和负载调整率要求不高的场合使用。
2. 2 变压器次级拓扑的优选2. 2. 1 同步整流技术基本原理同步整流技术旨在实现同步整流管栅极和源极之间的驱动信号与同步整流管漏极和源极之间开关同步。
理想的同步整流技术可使同步整流管起到和整流二极管同样的作用，即正向电压导通，反向电压关断。
低压大电流电源电路的设计
一、前言
为了处理日益增加的、更为复杂的适时计算，当今的通信系统中采用了大量高功率计算IC，包括CPU、现场可编程逻辑门阵列以及存储器。对计算的速度增长的需要促使时钟频率及供电的电流相应增加，某些设备的供电电流已超过100A。随供电电流增加，而供电电压却反而呈下降的趋势，这大多半是由于计算设备这时可以用较好的线宽工艺制造。此外，低压大电流对功耗也是十分敏感，所以对开关电源设计者而言，需要运用较为先进的器件、技术、材料、工艺来逐步减小电源的体积以及重量，改善电气性能的指标，提高工作的可靠性，减轻对电网的污染，解除对别的设备的干扰，增强智能化程度等是其基本发展方向。
三、输入电路基本技术
1输入电路倍压整流技术隔离式开关电源是直接对输入的交流电压进行整流，而不需要低频线性隔离变压器。现代的电子设备生产厂家一般都要满足国际市场的需求，所以他们所设计的开关电源必须要适应世界范围的交流输入电压，通常是交流90-130v和180-260v的范围。为了实现两种输入电源的转换，要利用倍压整流技术。
变压器起到隔离和传递能量的作用，工作时变压器原边承受的电压为输入电压的一半。由于两个MOS管是交替打开的，所以两组驱动脉冲的相位相差应大于180°，故存在一定死区时间。此电路减小了原边调整管的电压应力，是目前比较成熟和常见的电路。
以上方案采用PWM控制，容易实现负载在宽范围(例如含轻载和空载)内变化条件下可靠运行。
二、主要的电路拓扑
1双管正激和双正激变换器双正激变换器常由两个双管的正激变换器组成，双管的正激变换器具有不会出现共态的导通、不会出现不稳定直流的磁化、易于从空载至满载运行、技术问题少、可靠性能良好等优点因而最早被重视。但是双正激要多采用二极管、变压器和电感等元器件。双管正激的变换器在功率较小时也可简化。
方案分享 一种同步整流式DC
方案分享一种同步整流式DC作为一种比较常见的电源管理配件，工程师们平时所用到的DC-DC变换器种类繁多，不同的电源变换器在工作应用方面也有各自的长处。
在今天的方案分享中，我们将会为工程师们分享一种同步整流式DC-DC变换器的设计，希望能够通过本文的介绍，对大家的新产品研发工作有所帮助。
在本次的方案分享中，我们所设计的电源变换器为正激、隔离式结构，其本身的输出功率为16.5W。
这种电源变换器采用单片开关式稳压器DPA424R，其本身的直流输入电压范围是36～75V，输出电压为3.3V，输出电流为5A。
这一电源转换器主要采用400kHz同步整流技术，大大降低了整流器的损耗。
当直流输入电压为48V时，电源效率η=87%。
变换器具有完善的保护功能，包括过电压欠电压保护，输出过载保护，开环故障检测，过热保护，自动重启动功能、能限制峰值电流和峰值电压以避免输出过冲。
在本方案中，这种同步整流是DC-DC电源变换器的主电路图如下图图1所示。
可以看出，在这一主电路系统中，由DPA424R构成的16.5W同步整流系统。
与分立元器件构成的电源变换器相比，可大大简化电路设计。
由C1、L1和C2构成输入端的电磁干扰（EMI）滤波器，可滤除由电网引入的电磁干扰。
在这种同步整流式变换器的主电路结构中，我们可以看到，电阻R1在该电路系统中主要被用来设定欠电压值UUV及过电压值UOV，因此，当其取值为R1=619kΩ时，则欠电压值UUV=619kΩ×50μA+2.35V=33.3V，而过电压值UOV=619kΩ×135μA+2.5V=86.0V。
当输入电压过高时，则R1还能线性地减小最大占空比，防止磁饱和。
电阻R3为极限电流设定电阻，取R3=11.1kΩ时，所设定的漏极极限电流为1.5A。
电路中的稳压管VDZ1。
低压大电流同步整流Buck变换器的设计
的深 人研 究显 得 十 分重 要 Ｉｌｌ。尤其 是 Ｂｕｃｋ降 压 变换 器 ，可 以将 成 分 ，从 而 降低 输 出纹 波 电压 ，但 是 在 负 载 瞬变 过 程 中 电感 电 直 流 输入 降 压从 而为 设 备供 电 ，保 证 系 统稳 定 有序 地 工作 。然 流 变化 时 间会 加 长 ，故 电感 纹 波 电 流 的经验 值 （ＡＩＬ）通 常选 取 在 而 ，一般 Ｂｕｃｋ变 换器 不 能输 出很 低 的 电压 ，电 流也 被 控制 在 一 额定 输 出负 载电 流的 ２０％至 ４０％之 间嘲。
２．１ Ｂｕｃｋ变换 器工 作原 理
获得 最小 占空 比 Ｄ 来求 得所 需最 大 电感 值 ，Ｉｏ＝２０Ａ，ｆ＝５００ｋＨｚ，
降 压 （Ｂｕｃｋ）变 换 器 的基 本拓 扑 结 构如 图 １所 示 ，包 含 输入 取 Ｂ＝３０％，则 电感纹 波 电流 ＡＩｔ－－８Ｉ。＝６Ａ。将这 些代 入公 式 ，可 得
直 流 电压 ｕｉ，开 关 管 Ｑ，整流 管 Ｍ，电感 Ｌ，滤 波 电容 Ｃ，输 出 负 电感 量 Ｌ＝０．３６７￣Ｈ，即 ３６７ｎＨ。由于 实际 的元 器件 没有精 确 的
载 Ｒ，输 出直 流 电压 ｕ。等 。
３６７ｎＨ，我 们选 取最 接近 的 ４００ｎＨ 作 为变换 器 的实 际电感 。
一 个周 期 内电感 电流 有效值 一定 小 于电感 电流最 大值
由伏 秒平 衡可 以推 导 出输 出与输 入 电压 的关 系
： Ｄ（Ｄ 一 １）
（２－１）
式 中 ｕ。是输 出电压 ，ｕ．是 输入 电压 ，Ｄ称 为 占空 比 ，控 制 开
关 管 的导 通与 关断 时 间 ，从 而控 制 Ｂｕｃｋ变 换器 的输 出特性 。
低压大电流高效率同步整流BUCK变换器的分析与设计
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｐｉ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ．Ｉ Ｃ ａ ｎ ｄ ＤＳＰ．ｈ ｉ ｇ ｈ ＤＣ— ＤＣ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ Ｓ ｒ ｅ ｑ ｕｉ ｒ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｌ ｏ ｗ． ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ａ ｎｄ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ． ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕｓ
王 斌 ，邰永红 ，杨 郑浩
（ 中国航空无线 电电子研 究所 ，上海 ２ ０ ０ ２ ４ １ ）
［ 摘
要］ 随着电子技术 的迅速发展及各种微处理器、 Ｉ ｃ芯片和 Ｄ Ｓ Ｐ的普及应 用， 对低压 大电流输 出的 ＤＣ — Ｄ Ｃ
一种基于同步整流技术的降压DCDC转换器设计
31.Toru Ogawa.Shingo Hatanaka.Kenji Taniguchi An On-Chip High-Efficiency DC-DC Converter with a Compact Timing Edge Control Circuit
27.Alou P.Cohos J.A Uceda.Rascon M Roascon M Influence of windings coupling in low-voltage DC/DC converters with single winding self-driven synchronous rectification 2000
4.期刊论文李国厚.冯启高.LI Guo-hou.Feng Qi-gao电荷泵DC-DC转换器及其应用-河南职技师院学报
2000,28(2)
介绍了电荷泵DC-DC转换器的一般结构、工作原理及性能特点。详细讨论了利用DC-DC转换器进行电源系统设计的方法并给出了应用实例。这类电源系统可广泛应用于对电源的体积及效率有较高要求的便携式仪器仪表和测控系统中。
18.Middebrook RD Small-signal Modeling of Pulse-width Modulated Switched-mode Power Converters
1988(04)
19.张占松.蔡宣三开关电源的原理与设计 1998
20.Tang W.Lee F C.Ridley R B Small-signal Modeling of average Current-mode Cotrol.Power Electronics 1993(02)
适合低压大电流应用的DC／DC变换器的研究
关 键 词 ： 换 器 ／ 源 钳 位 正 激 变 换 器 ； 步 整 流 变 有 同
中 图分 类号 ： ＴＭ４ ６ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ ０ Ｘ ２ ０ ３ ０ ３ ４ １０ —１ ０ （０ ２ ０ —０ ５ —０ Ｊ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔｖ — ｌｍ ｐｉ ｇ Ｆｏ ｗａ ｄ ＤＣ／ ｓ ａ ｃ ｎ Ａｃ ｉ ｅ ｃａ ｎ ｒ ｒ ＤＣ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｕｓｎ ｙ ｈ ｏ ｕ ｃ ｉｉｒ Ｃｏ ｖ ｒ ｅ ｉ ｇ Ｓ ｎｃ ｒ ｎｏ ｓ Ｒｅ ｔｆｅ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｏ ｖ ｒｅ ； ｃｉ ｅｃａ ｉ ｇ ｆ ｒ ｒ ｏ ｖ ｒｅ ；ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｓ ｒ ｃｉ ｙ ｒ ｓ ｃ ｎ ｅｔ ｒ ａ ｔｖ － ｌｍｐｎ ｏ ｗａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔｒ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｅ ｔ ｙ ｆ
１ 引 言
目前 ， 压／ 电流 ＤＣ ＤＣ模 块 电源 的市 场 需 低 大 ／ 求量很 大 ， 究 其 相 关 技 术 有 着 重 要 的 实 际 意 义。 研 使 电源模 块 具 有 高 功 率 密 度 是 研 究 的 主 要 目标 之
ｔｖ ｌ ｐｎｇ ｆｒ ａ ｄ ｃ ｎ ｒｅ ｔ ｅｆｄ ｉ ｎ ｓ ｎｃ ｒ ｎ ｕ ｅ ｔｆｃ ｔｏ Ｉｓｏｐ ｒ ｔｏ ｒｎ ｉｌｓａ ｅ ｓｉ ｎｇ ｍ ｅ ｈ ｉｅ ｃａｍ ｉ ｏ ｗ ｒ ｏ ｖｅ ｔｒｗｉｈ ｓ ｌ ｒｖｅ ｙ ｈ ｏ ｏ ｓｒ ｃ ｉｉａ ｉｎ． ｔ ｅ ａ ｉｎ ｐ ｉｃｐ ｅ ｎｄ ｋ ｙ ｄｅ ｇｎｉ ｔ — － ｄ ｒ ｎ ｌｚ ｄ， ｎｄ ｅ ｅ ｉ ｎｔｒ ｌｓｖｅ ｉｙ ｔ ｅ ｈｉｈ ｅｆ ｉｎｃ ｈｅ ｔ ｐ ｌｇｙ． ｏ ｓ ａｅ ａ ａ ｙ ｅ ａ ｘｐ ｒｍ ｅ ｅ ｕｔ ｒｆ ｈ ｇ ｆｃｅ ｙｏｆｔ ｏ ｏｏ ｓ
XCM524同步整流降压DC-DC转换器特点、电路框图
XCM524同步整流降压DC/DC转换器特点、电路框图
XCM524 系列产品是把内装驱动晶体管的600mA 同步整流降压DC/DC
转换器,与由具有超高速/大电流多功能的VR 和VD 组合成的VDR,而形成的
1PKG 化多功能IC。
由于采用了超小型表面实装封装(USP-12B01)实现了节省空间的目的。
此外,在PKG 内部将DC/DC 转换器和VDR 部分完全分离,由此将
DC/DC 转换器产生的噪声对VDR 的影响抑制在最小限度。
DC/DC 转换器部分是与陶瓷电容相对应, 内装0.42ΩPchMOS驱动晶体管及0.52ΩNchMOS开关晶体管的同步整流式。
作为外装零部件只使用线圈和电容即可得到输出电流高达600mA 的高效率且稳定工作的电源。
VDR 的VR 部分是实现了高精度, 低噪声, 高纹波除去率, 低压差的CMOS 工艺正电压LDO 调整器IC。
作为稳定输出用的电容(CL)能与陶瓷电容
等低ESR 的电容相对应。
此外,具有良好的瞬态响应,即使在负载发生变动时也能得到稳定的输出。
固定电流限定电路和反馈电路,能起到限定输出电流和保护输出端子短路的作用。
VD 部分的电容延迟功能还能延迟输出。
可使用电容来调整延迟时间。
VD 部分可用来监测VR 的输入电压。
特点：
电路框图：
tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
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］
交错并联的低压大电流DC-DC 变换器设计
交错并联的低压大电流DC－DC 变换器设计
本文通过n 个倍流整流结构交错并联方式用以进一步减小纹波电流。
给出了电路的开关信号波形和仿真模型，并使用Pspice 仿真软件对该模型进行仿真，取得满意效果。
最后通过实验验证。
这种结构特别适用于通信设备、计算机、宇航等领域的电源。
1 引言
近年来，随着计算机微处理器的输入电压要求越来越低，低压大电流DC - DC 变换器的研究得到了许多研究者的重视，各种拓扑结构层出不穷，同步整流技术、多重多相技术、磁集成技术等也都应用于这个领域。
笔者提
出了一种交错并联的低压大电流DC - DC 变换器，它的一次侧采用对称半桥结构，而二次侧采用倍流整流结构。
采用这种结构可以极大地减小滤波电容上的电流纹波，从而极大地减小了滤波电感的大小与整个DC - DC 变换器的尺寸。
这种变换器运行于48 V 的输入电压和100 kHz 的开关频率的环境。
2 倍流整流的低压大电流DC - DC变换器的结构分析
倍流整流低压大电流DC-DC 变换器的电路原理图如图1 所示，一次侧采用对称半桥结构，二次侧采用倍流整流结构，在S1 导通时SR1 必须截止，L1 充电；在S2 导通时SR2 必须截止，L2 充电，这样滤波电感电流就会在滤波电容上移项叠加。
图2 给出了开关控制策略。
图1 倍流整流的低压大电流DC- DC变换器的电路原理图。
低压大电流同步整流DCDC转换器设计
毕 业 设 计（论 文）低压大电流同步整流DC/DC 转换器设计完成日期 2015年12月25日系 别： 机电信息学院 专业名称： 电气工程及其自动化 ***名： ** 学 号： ********** 指导教师姓名、职称： 张成民 高级工程师低压大电流同步整流DC/DC转换器设计摘要进入21世纪后，微电子技术、互联网技术、集成电路，和信息技术发展得非常快速。
集成电路芯片和数字信号处理器的大规模被普及应用在手机，笔记本电脑，工作站等的场合中。
小功率的DC-DC变换器广泛的使用在计算机、各种诸如手机，笔记本电脑等便携的电子产品。
电子产品的精密化，小型化要求供电电源必须可以输出更低的电压、更大的大输出电流、而且必须保证功率密度高、效率更高、稳定性及具有快动态响应来满足以上的各种场合要求的快速、更加高效的数据处理速度。
按照低压大电流输出的DC/DC转换器的特点，我们了解到效率问题是变换器中的重要表现，经过对同步整流的原理和特点的分析，重点说明了低功率场合中自驱动同步整流的各种优势，对于自驱动同步整流，分析介绍了各种与之相结合电路拓扑后，我们发现必须给出一种新的同步整流方案，即一种新的单绕组自驱动同步整流方案，通过此方案来解决常规的自驱动同步整流方案所带有的种种局限性。
单绕组自驱动同步整流方案就是本文主要说明的方案，它具有简单性、经济性、可靠性，单绕组自驱动同步整流这种整流方案在低功率，输出低压，大电流的DC/DC变换器应用场合中使用十分合适。
自驱动同步整流的应用拓扑范围很宽，尤其适用于变压器如桥式、推挽等对称工作的拓扑。
本毕设将会进行研究分析单绕组自驱动同步整流对称半桥变换器的优点，通过对主电路设计与驱动电路设计，具体到对电路元件参数进行相关计算和元件的选择，通过软件对其进行了仿真，验证了变换器低压，大电流输出的可行性。
关键词：直-直；变换器；小功率；同步整流；单绕组自驱动；对称半桥；系统设计Low voltage high current synchronousrectification DC/DC converter designAbstractIn the 21st century, microelectronic technology, Internet technology, integrated circuits, and information technology developed very quickly. Integrated circuit chips and digital signal processors scale is universal application in mobile phones, laptops, workstations, and so on occasion. Low-power DC / DC converter in the computer, communications and other applications have been widely used. Its power supply must have a lower output voltage, output current, higher power density, higher efficiency, stability, and has fast dynamic response to meet the requirements of various occasions over the faster, more efficient data processing speed.According to DC low voltage high current output DC / DC converter features, we know that the converter efficiency is an important manifestation of the analysis of the principles and characteristics of synchronous rectification, and highlights the low-power applications in each self-driven synchronous rectification Dominant, for self-driven synchronous rectification, the analysis describes the various combination of circuit topology with after, we found it necessary to give a new synchronous rectification scheme, namely, a new single-winding self-driven synchronous rectification scheme, through this programs to address the conventional self-driven synchronous rectification program brought some various limitations.Single-winding self-driven synchronous rectification scheme is mainly described herein programs, it has a simple, economical, reliable, it is very suitable for low-power low voltage high current output DC / DC converter applications occasions. Self-driven synchronous rectification topology of a wide range of applications, especially for transformer such as topology bridge, push-pull and other symmetrical work.This article will study and analyze single-winding self-driven synchronous rectification symmetrical half-bridge converter characteristics by driving the main circuit design and circuit design, circuit elements specific to the right right parameters related calculations and component selection, through its software simulation, verification of the low-voltage, high-current output of the converterfeasibility.Keywords:DC-DC;Converter;LowPower;Synchronous;RectificationSelf-Driven;Half-Bridge System; Design目录1 绪论 (44)1.1 课题背景 (55)1.2 电源管理概述和发展趋势 (66)1.3 开关电源叙述 (66)1.3.1 直流开关电源分类 (66)1.3.2 开关电源的定义 (77)1.3.3 开关电源的工作原理 (77)1.3.4 开关电源的组成 (88)1.4 本文主要研究的内容 (99)2 同步整流原理及同步整流方案的选择 (1010)2.1 同步整流的原理 (1010)2.1.1 同步整流对效率的影响 (1010)2.1.2 同步整流的由来 (1111)2.1.3 同步整流管的简介与选择 (1212)2.1.4 典型的同步整流电路及其工作过程 (1212)2.1.5 同步整流对驱动信号的要求 (1313)2.1.6 同步整流管与结型整流二极管的损耗分析 (1414)2.2 同步整流的方案选择 (1515)2.3 单绕组自驱动同步整流方案的拓扑分析 (1616)2.3.1 关于对称半桥变换器SWSDSR原理剖析 (1616)2.3.2 单绕组自驱动同步整流的分析总结 (1717)2.4本章小结 (1818)3 单绕组自驱动同步整流对称半桥变换器的设计与仿真 (1919)3.1 主要电路参数设计 (1919)3.1.1 主电路参数设计 (1919)3.1.2 控制电路的参数设计 (2121)3.2 仿真结果 (2323)3.3 仿真结果分析 (2626)4 总结展望 (2828)4.1 本文小结 (2828)4.2 开关电源的研究前景与展望 (2828)致谢 (2929)参考文献 (3030)1 绪论本文针对最新一代数据处理器、仪器仪表、网络产品相关的工控设备、通讯产品设备、电力相关设备、影音设备等等的应用场合，对各种产品的电源中的低压大电流同步整流DC/DC 转换器进行了相关背景学识的介绍和转换器重要技术进行理论分析计算设计。
同步整流技术及其在DC-DC变换器中的应用
同步整流技术及其在DC/DC变换器中的应用1 同步整流技术概述近年来随着电源技术的发展，同步整流技术正在向低电压、大电流输出的DC／DC变换器中迅速推广应用。
DC／DC变换器的损耗主要由3部分组成：功率开关管的损耗，高频变压器的损耗，输出端整流管的损耗。
在低电压、大电流输出的情况下，整流二极管的导通压降较高，输出端整流管的损耗尤为突出。
快恢复二极管（FRD）或超快恢复二极管（SRD）可达1.0～1.2V，即使采用低压降的肖特基二极管（SBD），也会产生大约0.6V的压降，这就导致整流损耗增大，电源效率降低。
举例说明，目前笔记本电脑普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供电电压，所消耗的电流可达20A。
此时超快恢复二极管的整流损耗已接近甚至超过电源输出功率的50％。
即使采用肖特基二极管，整流管上的损耗也会达到（18％～40％）PO，占电源总损耗的60％以上。
因此，传统的二极管整流电路已无法满足实现低电压、大电流开关电源高效率及小体积的需要，成为制约DC／DC变换器提高效率的瓶颈。
同步整流是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。
它能大大提高DC／DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。
功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。
用功率MOSFET 做整流器时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。
为满足高频、大容量同步整流电路的需要，近年来一些专用功率MOSFET不断问世，典型产品有FAIRCHILD公司生产的NDS8410型N沟道功率MOSFET，其通态电阻为0.015Ω。
Philips公司生产的SI4800型功率MOSFET是采用TrenchMOSTM技术制成的，其通、断状态可用逻辑电平来控制，漏－源极通态电阻仅为0.0155Ω。
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毕业设计（论文）低压大电流同步整流DC/DC转换器设计完成日期2015年12月25日低压大电流同步整流DC/DC转换器设计摘要进入21世纪后，微电子技术、互联网技术、集成电路，和信息技术发展得非常快速。
集成电路芯片和数字信号处理器的大规模被普及应用在手机，笔记本电脑，工作站等的场合中。
小功率的DC-DC变换器广泛的使用在计算机、各种诸如手机，笔记本电脑等便携的电子产品。
电子产品的精密化，小型化要求供电电源必须可以输出更低的电压、更大的大输出电流、而且必须保证功率密度高、效率更高、稳定性及具有快动态响应来满足以上的各种场合要求的快速、更加高效的数据处理速度。
按照低压大电流输出的DC/DC转换器的特点，我们了解到效率问题是变换器中的重要表现，经过对同步整流的原理和特点的分析，重点说明了低功率场合中自驱动同步整流的各种优势，对于自驱动同步整流，分析介绍了各种与之相结合电路拓扑后，我们发现必须给出一种新的同步整流方案，即一种新的单绕组自驱动同步整流方案，通过此方案来解决常规的自驱动同步整流方案所带有的种种局限性。
单绕组自驱动同步整流方案就是本文主要说明的方案，它具有简单性、经济性、可靠性，单绕组自驱动同步整流这种整流方案在低功率，输出低压，大电流的DC/DC变换器应用场合中使用十分合适。
自驱动同步整流的应用拓扑范围很宽，尤其适用于变压器如桥式、推挽等对称工作的拓扑。
本毕设将会进行研究分析单绕组自驱动同步整流对称半桥变换器的优点，通过对主电路设计与驱动电路设计，具体到对电路元件参数进行相关计算和元件的选择，通过软件对其进行了仿真，验证了变换器低压，大电流输出的可行性。
关键词：直-直；变换器；小功率；同步整流；单绕组自驱动；对称半桥；系统设计Low voltage high current synchronous rectification DC/DC converter designAbstractIn the 21st century, microelectronic technology, Internet technology, integrated circuits, and information technology developed very quickly. Integrated circuit chips and digital signal processors scale is universal application in mobile phones, laptops, workstations, and so on occasion. Low-power DC / DC converter in the computer, communications and other applications have been widely used. Its power supply must have a lower output voltage, output current, higher power density, higher efficiency, stability, and has fast dynamic response to meet the requirements of various occasions over the faster, more efficient data processing speed.According to DC low voltage high current output DC / DC converter features, we know that the converter efficiency is an important manifestation of the analysis of the principles and characteristics of synchronous rectification, and highlights the low-power applications in each self-driven synchronous rectification Dominant, for self-driven synchronous rectification, the analysis describes the various combination of circuit topology with after, we found it necessary to give a new synchronous rectification scheme, namely, a new single-winding self-driven synchronous rectification scheme, through this programs to address the conventional self-driven synchronous rectification program brought some various limitations.Single-winding self-driven synchronous rectification scheme is mainly described herein programs, it has a simple, economical, reliable, it is very suitable for low-power low voltage high current output DC / DC converter applications occasions. Self-driven synchronous rectification topology of a wide range of applications, especially for transformer such as topology bridge, push-pull and other symmetrical work.This article will study and analyze single-winding self-driven synchronous rectification symmetrical half-bridge converter characteristics by driving the main circuit design and circuit design, circuit elements specific to the rightright parameters related calculations and component selection, through its software simulation, verification of the low-voltage, high-current output of the converter feasibility.Keywords:DC-DC;Converter;LowPower;Synchronous;RectificationSelf-Driven;Half-Bridge System; Design目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 电源管理概述和发展趋势 (2)1.3 开关电源叙述 (2)1.3.1 直流开关电源分类 (2)1.3.2 开关电源的定义 (3)1.3.3 开关电源的工作原理 (3)1.3.4 开关电源的组成 (4)1.4 本文主要研究的内容 (5)2 同步整流原理及同步整流方案的选择 (6)2.1 同步整流的原理 (6)2.1.1 同步整流对效率的影响 (6)2.1.2 同步整流的由来 (7)2.1.3 同步整流管的简介与选择 (8)2.1.4 典型的同步整流电路及其工作过程 (8)2.1.5 同步整流对驱动信号的要求 (9)2.1.6 同步整流管与结型整流二极管的损耗分析 (10)2.2 同步整流的方案选择 (11)2.3 单绕组自驱动同步整流方案的拓扑分析 (12)2.3.1 关于对称半桥变换器SWSDSR原理剖析 (12)2.3.2 单绕组自驱动同步整流的分析总结 (13)2.4本章小结 (13)3 单绕组自驱动同步整流对称半桥变换器的设计与仿真 (15)3.1 主要电路参数设计 (15)3.1.1 主电路参数设计 (15)3.1.2 控制电路的参数设计 (17)3.2 仿真结果 (19)3.3 仿真结果分析 (22)4 总结展望 (24)4.1 本文小结 (24)4.2 开关电源的研究前景与展望 (24)致谢 (25)参考文献 (26)1 绪论本文针对最新一代数据处理器、仪器仪表、网络产品相关的工控设备、通讯产品设备、电力相关设备、影音设备等等的应用场合，对各种产品的电源中的低压大电流同步整流DC/DC 转换器进行了相关背景学识的介绍和转换器重要技术进行理论分析计算设计。
1.1 课题背景随着信息科技行业的高速发展，具有高速，超大规模的集成电路产品尺寸因此变得不断减小。
各种计算机设备、科研工作站、网络服务器、便携式设备例如笔记本电脑，手机等各种设备得到了快速的发展。
这些应用方式中，直流分布式电源及其系统被广泛的使用。
电源系统的关键组成部分是使用了各种各样设计的直流电源转换器。
通讯电源的发展经过通信业的快速发展壮大，开关电源处于通信系统中的最重要的位置逐渐的变成了当今通信供电系统的主流。
在这个通讯行业的领域中，一次电源是高频整流器，而二次电源是直流/直流变换器。
随着集成电路开始大规模发展壮大，电源模块逐渐变得小型化，所以需要采用新的电路拓扑结构，开关频率得以不断的升高，这些要求使得高频开关电源技术得不断的发展，不断的进步。
我们知道生活中的笔记本电脑，手机，家庭座机等计算机、通讯产品的中央处理器是由几个微处理器组成，它具有高效率的数据处理电路。
相对于电源来讲，这些数据处理电路中的特殊的负载工作的电压变得越来越低、反而电流越来越大，在各种各样的工作状态下相互转换时电流的变化率越来越高。
为了进一步提高处理器的电路数据处理速度，微处理器的频率将会进一步提高，并且集成化程度会不断发展提高，供电电压将会变得越来越低，将会使得更多的处理器会直接集成在一个同一个小小的芯片上，所以将来的处理器它的额定工作电流必然会达到几十安培，甚至l00A或者可能会更高。