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1、 浅析毕业设计基于同步整流技术的复合恒浅析毕业设计基于同步整流技术的复合恒 流源的研究流源的研究 浅析毕业设计基于同步整流技术的复合恒流源的研究导读： hasnotyetbeenabletoreplacethesmallsizeofthesainadvantageoflinearpoaind raple filter, its output is sensitive to the load type of change, parameter change and the impact of mutation load. Often can not meet the requirements o
2、f high performance poe very high performance requirements on the poall size of the sain advantage of linear poain draplification Ou Guan, poentary, in general, to improve po performance. PSPICE simulation results by the constant stream of clear plans for the system easy to realize.Keyance poulation
3、S 控制电路工作原理 . 5 6 7 8 9 浅析毕业设计基于同步 整流技术的复合恒流源的研究(2)导读：25 3.3 比较器及互补驱动信号产生方式 27 3.3 增设双极点、双零点的 PI 补偿器 30 3.4 本章小结 31 4.1 系统总体仿真验证 32 4.2 当有外界干扰时仿真输出波形 34 4.3 本章小结 . 36 III5.1 功率电路硬件选择 . 37 5.2 驱动电路芯片选择 37 5.2.1 SG3525 芯片介绍 37 5.2.2 IR2110 芯片介绍 . 38 浅析毕业设计基于同步整流技术的复合恒流源的研究(3)导读：元的 包络跟踪供电；且不论该单元取变开关频率还是
4、定开关频率，也不 论开关频率在音频以上还是以下，均可避免噪声污染。51.3 选题意义本课题为基于同步整流技术的复合恒流源的研究,介绍复合恒流源 的基本概念、拓扑结构。直流稳压电源通常可分为直流线性稳压电 源和开关电源。线性电源的主要优点是稳定性好，主要缺点是效率 较低 可靠性。而且其对电 X 的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压 电源允许电 X 波动范围 2 第 1 章 绪论 为 22010，而开关型稳压电源在电 X 电压在 110260 伏范围内 变化时，都可获得稳定的输出电压。 开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益 是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广
5、泛的领域， 特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻 便化。另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具 有深远的意义。 目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达 几十千赫；采用 MOSFET 的开关电源转换频率可达几百千赫。为提 高开关频率，必须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电 源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。 它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小， 这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫 级变换器已经实用化。开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为 以下四个方面。 一、小型化、薄型化
6、、轻量化、高频化开关电源的体积、重 量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的 小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积；在一定范围内， 开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸， 而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关 电源的主要发展方向。 二、高可靠性开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十 倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及 排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼， 尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、 可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均 无故
7、障时间。 三、低噪声开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频 化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既 可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开 关电源的又一发展方向。四、采用计算机辅助设计和控制采用 CAA 和 CDD 技术设计 最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。 在电路中引 3入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录 并自动报警等。 开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相 关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高 频电磁元件。发展功率 MOSFET、IGBT 等新型高速器件
8、，开发高 频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电 容的介电常数及降低其等效串联电阻等，对于开关电源小型化始终 产生着巨大的推动作用。 总之，人们在开关电源技术领域里，边研究低损耗回路技术，边开 发新型元器件，两者相互促进并推动着开关电源以每年超过两位数 的市场增长率向小型、薄型、高频、低噪声以及高可靠性方向发展。1.2.2 线性电源 线性稳压电源主要包括工频变压器、输出整流滤波器、控制电路、 保护电路等。线性电源是先将交流电经过变压器变压，再经过整流 电路整流滤波得到未稳定的直流电压，要达到高精度的直流电压， 必须经过电压反馈调整输出电压，这种电源技术很成熟，可以达到 很高
9、的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音。 但是它的缺点是需要庞大而笨重的变压器，所需的滤波电容的体积 和重量也相当大，而且电压反馈电路是工作在线性状态，调整管上 有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整管的功耗太大， 转换效率低，还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设 备的需要，将逐步被开关电源所取代。 线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源，它的特点是：输 出电压比输入电压低，输出电压稳定性高（输出纹波小），反应速 度快，工作产生的噪音低；但缺点是电源效率低，还必须配备体积 庞大笨重的工频变压器，而且电压调整器件（如三极管、MOSFET 管）工作在线性放大区
10、内，损耗大，效率低，过载能力差。 1.2.3 开关线性复合式功率变换技术(SLH)3 回顾功率变换技术从旋转式到静功率(工频相控至高频开关)式的发 展， 几乎总在解决效率与优波的矛盾中反复与渐进。旋转式的波形 最好， 效率却很低；工频相控变流装置在上个世纪 70 年代一跃而 成功率变换器的主要形 4 第 1 章 绪论式， 事实上是以牺牲波形为代价换取提高效率结果的。开关功率变 换，特别是 P 功率变换技术历史性的取代，在一定程度上体现了波 形的改良， 基本上保持了较高的效率，但再也无法接近旋转式功率 变换装置输出波形的绿色程度； 而且高频化带来的噪声污染(含音 频以上成分)，有害于生命过程和周
11、围仪器设备的正常运行，也危及 用电器的绝缘寿命。电机轴承的烧蚀就是明显的例证。尽管如此， 电力电子功率开关变换器还是在各行各业乃至家庭中越来越不可缺 少地扮演了能量转换的主角， 同时也强迫人们无奈地接受了它的负 面影响。 前面提到，在一些高性能场合，为了优秀的静动态指针仍沿用低效 笨重的线性功率放大技术。而线性功率放大器除了效率低、体积大 以外， 从性能角度而言， 是开关变换器所无法比拟的。其低效的 原因在于其供电电源采用了直流供电方式，使线性功率放大管的功 耗很大，即使工作在 B 类放大状态的理论效率值也不过 785， 实际值会更低， 因此未被看作衍生高性能功率变换器的基础。以线 性功率放大
12、器为基础，将供电电源由直流供电改为与期望输出波形 同步、同形状、同频、同相的纹波电压供电， 使降在线性放大管上 的管压降始终接近功率器件的临界饱和电压， 从而使损耗降到与现 有纯开关功率变换器中开关管的损耗同一量级。有关浅析毕业设计 基于同步整流技术的复合恒流源的研究(4)导读：这种双向导电特性 来取代整流二极管以降低整流损耗的技术，以达到提高整流效率的 目的。它能大大提高 DCDC 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。同步 Buck 斩波电路工作时，开关管 M1 周期性的通、断，对输入电压 Vin10 第 2 章功率电路原理分析与设 计进行斩波，在开关管 M2 两端便得
13、到了一个方波电压，经串联电 感滤 电路输出纹波系数，达到课题设计要求。下面将对系统进行分部研 究与分析。 2.2 常规 BUCK 电路与同步 BUCK 电路对比分析 DC 图 2-2 BUCK 电路 7BUCK 电路3如图 2-2 所示，是由功率管和一个二极管组成的上拉 管和续流管。对于 BUCK 电路它可能工作在 CCM 状态下，也可能 工作在 DCM 状态下，工作在什么状态下是和输出电流有关系的， 工作的临界状态如图 2 所示：IL 图 2-3 DCM 与 CCM 临界状态时的电感电流 当输出电流 Iout?IO 时，则 buck 工作在 CCM 状态，而当 Iout?IO 时， 则 bu
14、ck 电路工作在 DCM 状态下，在 CCM 状态下，因为电感上一 直有电流流过，并且在二极管处于续流的阶段，即上拉功率管关闭 的阶段。在此时，电流从二极管流过，对电感上的电流进行续流。 但是由于二极管两端存在一定的电压 Vdiode，这个电压一般为 0.7V，即二极管的导通电压。所以二极管消耗的功耗为 Ps?IoVdiode(1?D) (2-1) 而对于 DCM 条件下，电感电流波形如图所示： IL图 2-4 常规 BUCK 电路 DCM 状态下电感电流 根据上面分析，DCM 状态下消耗的功耗为：Ps?IoVdiode(1?D?D1) （D1 是电感电流为 0 的时间与周期的比值），所以相对
15、而言， DCM 消耗的功耗要比 CCM 条件下的功耗低。8 第 2 章 功率电路原理分析与设计 DC图 2-5 同步 BUCK 电路 同步 buck 电路6如图 2-4 所示，是由两个功率管组成，功率管 M2 起到了异步 buck 中的二极管的续流作用，在 CCM 状态下，因为电 感电流都是大于 0 的，没有电感电流的断流或者反向。在这种情况 下，也就是在下拉管导通时候，下拉管消耗的功率为： Ps?Io(1?D)f (2-2) 但是用 NMOS 管代替二极管作为续流管会引起其他的功耗，主要是 驱动功耗和由死区时间引起的功耗。驱动功耗为： Pd?QG?VG?f (2-3) 其中 QG 为栅压所要
16、驱动的由栅电容引起的电荷，可以表示为 QG?QGVG (2-4) 由死区时间引起的功耗又分为两种，死区时间较长或者死区时间较 短，当死区时间较长是，MOS 管的寄生二极管导通，这样就会引 起一个寄生二极管的导通功耗， 功耗大小为： Pdiode?2IoVdiodetteerf (2-5) 其中 tteer 是死区时间，当死区时间较短时，则 VsOS 管做续流管， 对于 DCM 状态，当电感电流减小到 0 后，由于在电压方面输出电 压要大于 X 点的电压，并且 MOS 管是导通状态，所以，电感电流出现了反方向的流动，而并不是在常规 buck 电路中的电感电流为 0 的情况5。图形如图所示。 9IL图
