中南大学毕业设计调研报告

本科毕业设计(调研报告)

GRADUATION DESIGN(THESIS) MATERIAL

题目宽电压输入buck变换器

的优化设计研究

学生姓名赫玉莹

指导教师裘智峰韩华

学院信息科学与工程学院

专业班级电气工程及其自动化1104班

本科生院制

2015年4月

宽电压输入的buck变换器优化设计研究

摘要

随着科技的发展，电子产品已与人的生活息息相关，而开关电源作为其中的核心更是成为研究热点。开关电源的应用场合不断增加，不同的应用对通过对开关电源的性能要求和优化设计也提出了越来越高的要求。基于前期的文献阅读和学习，现将主要内容和课题研究规划做如下报告。

第一章简述了社会和科技发展对电源管理芯片的要求，提出了研究开关型降压DC/DC变换器的研究背景和意义。第二章针对电力电子开关器件的研究现状做了总结，对过去10年的电力电子技术研究热点做了回顾。Buck开关电源的工作原理在第三章进行了简单说明。第四章在第三章原理的基础上，基本确定了各个模块的设计方案。第五章简述了本课题进行中，对buck变换器优化设计和制作样机所需要使用的软件。第六章将详述论文主要工作与重点难题。在上述分析之后，给出课题研究预期进展与时间规划。

关键词：BUCK变换器同步整流电磁兼容

Design of BUCK converter with wide input voltage range applications

ABSTRACT

With the development of science and technology, digital products have been the indispensable part of life, and the research of switch power supply has becoming more and more popular. As switch power supply applications increased, higher demand of performance and optimization design are required. Based on the preview of literatures, the main content and research plan will be shown in this report.

The development of power electronics is introduced at first, and the research background and significance of power supplies are proposed. The research situation and focuses of switching power supplies are summarized in the second chapter. And then the basic principle and control methods of buck dc-dc converter are shown. Based on the third chapter, schemes of each module is proposed. Several softwares that will be used in the design are described simply next, and the six chapter discuss some key point in the design. Finally, the ideal research progress and time management are introduced in the last chapter.

Keywords: DC-DC buck converter synchronous rectify electromagnetic compatibility

目录

第1章研究背景与意义 (6)

第2章研究现状 (7)

2.1 开关变换器研究现状 (7)

2.2 电源控制新技术 (8)

第3章 BUCK变换器理论基础 (10)

3.1 buck变换器工作原理 (10)

3.2 控制方法简述 (12)

3.2.1 PWM控制 (12)

3.2.2 PFM控制 (13)

3.2.3 PWM/PFM混合控制 (13)

3.3 电压模式控制与电流模式控制 (13)

3.4 buck变换器的限制 (15)

第4章系统设计方案 (15)

4.1 系统设计要求 (15)

4.2 设计方案论述 (16)

4.2.1 控制回路设计方案 (16)

4.2.2开关管方案 (16)

4.2.3 驱动电路设计 (17)

第5章课题研究所需软件介绍 (21)

5.1 matlab软件simulink仿真介绍 (21)

5.2 protues软件 (22)

5.3 IAR编译器 (23)

第6章论文主要工作和重点难点 (24)

6.1 论文重点难点 (24)

6.2 课题研究计划 (24)

参考文献 (26)

第1章研究背景与意义

近年来，随着科学技术的迅猛发展，电子产品如笔记本电脑、移动电话、PDA等走入每一个家庭，电力电子设备与人们的生活、工作息息相关。而DC/DC开关变换器也因其转换效率高、功率密度比大、稳压范围宽、正负极的灵活性广泛应用与各类电子产品中。现如今，在人们日常生活应用中电子设备的种类越来越多，进而对电源各性能指标的要求也越来越高。

最传统的是晶体管串联调整稳压电源模块。现已有大量集成化的线性稳压模块，它在享有着可靠性高、输出纹波电压小、稳定性好等优点的同时，也有着很大的缺陷：效率问题和散热问题。调整管需要工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，集电极和发射极之间的电压差比较大，电源效率较低；其次，由于调整管静态损耗大，散热严重，往往需要安装一个很大的散热器，这对电源的体积要求增加了障碍，无法满足电力电子发展的需求[1]。于是，在20世纪50年代，美国宇航局开发了开关电源，并逐渐取代了线性稳压电源得到广泛应用。开关电源具有效率高、可靠性和稳定性好、体积小、重量轻、对供电电网电压波动不敏感的优点，但也有瞬变响应差、电磁干扰等缺点，但随着技术发展，这些不足正在不断得到改善[1]。到20世纪80年代，开关电源化已经在计算机上实现，之后，到20世纪90年代，开关电源就已在电气设备、家电领域、航空航天等得到了广泛的应用，开关电源技术发展突飞猛进。

对于我国，在开关电源方面起步较晚，还有较大的发展空间。开关电源技术是在20世纪80年代引入我国，随着计算机、汽车、通讯等行业的迅猛发展，开关电源市场也不断增长，而开关电源的控制研究更是受到广泛关注，成为国内功率电子学领域的关注热点。我国目前能源紧缺，随着可再生能源的发展，对电力变换器的研究和优化发展更是迫切[2]。