降压型DC-DC开关电源的设计与性能优化研究.doc

降压型DC-DC开关电源的设计与性能优化研究

内容摘要

开关电源是应用非常广泛的一种电源。因为半导体技术不断完善，促进了开关电源的进步。用电设备不断地精细化与模块化，所需要的供电质量要求不断提高，应用的环境也逐渐多样化。设计一款具有良好动态响应，且具有多路输出功能，应用于逆变器内部的开关电源模块显得至关重要。本文首先介绍了课题的背景及意义，包括国内外DC-DC开关电源的研发现状和开关电源的发展方向，并介绍了论文的主要工作；介绍完课题背景之后，又简述了开关电源原理及设计方法，包括开关电源电路结构及原理、非隔离型DC/DC变换电路和论文设计电源的技术指标；其次，重点介绍了开关电源的设计方法，包括主电路的拓扑选择及参数计算、变压器的设计、驱动电路的设计、控制电路的设计以及仿真测试。最后，对此次设计进行了总结；降压型DC-DC变换器，如架空功率管开关的电力线路终止时的电流峰值问题。可进一步设置电流检测死区时间，从而提高系统性能。

关键词：DC-DC；开关电源；降压型

目录

TOC\o1-3\h\z\u内容摘要 1

1绪论 3

1.1课题的背景及意义 3

1.2国内外研发状况与发展方向 4

1.2.1国内外开关电源的研发现状 4

1.2.2DC-DC开关电源的发展方向 6

1.3论文主要工作 7

2开关电源原理及设计方法 7

2.1开关电源电路结构及原理 7

2.2.1开关电源的基本结构 7

2.2.2开关电源的基本工作原理 9

2.2非隔离型DC/DC变换电路 10

2.2.1Buck型DC-DC变换器 10

2.2.2Boost型DC-DC变换器 10

2.2.3Buck-Boost型DC-DC变换器 11

2.2.4CUK型变换器 11

2.3论文设计电源的技术指标 12

3降压型DC-DC开关电源的设计 13

3.1主电路的拓扑选择及参数计算 13

3.1.1主电路拓扑选择 13

3.1.2本文DC-DC变换器参数选取 14

3.2变压器的设计 15

3.3驱动电路的设计 16

3.4控制电路的设计 17

3.5仿真测试 21

4结论 22

参考文献 22

1绪论

1.1课题的背景及意义

在当今社会环境下，世界能源陷入短缺，随着可持续发展战略的提出，人们逐渐意识到了保护环境、节省能源的重要性，电源是节能领域最为重要的一个环节，且电源是各类用电设备的能量来源，电源供电质量的好坏影响着设备的工作质量。因为半导体技术的不断支持，现代电源的节能效果以及输出电压、电流质量不断地提高。但是，因为现代用电设备越来越精密，为适应更为复杂的环境，现代电源技术还需不断提高，传统线性电源的缺点越来越明显，逐渐被淘汰。

线性稳压电源是指功率部分的器件一直工作在线性放大区的稳压电源[1]。该电源发展至今，已经有大量的集成电压模块，稳压效果较好，纹波较小。但是其所需的工频变压器的体积过大，使其使用很不方便，不适用于如逆变器内部等要求设备体积小巧的场合。而且调整功率的器件持续工作在线性放大状态，导致其工作功耗较大，散热较高，且效率低下。这些缺点与不足推动了对电源技术的不断创新与研究。随后美国开发出了以体积小、重量轻、效率高为自身特点的开关电源。从而改变了稳压电源的发展方向。

开关电源又称开关变换器，是一种通过高频率开关的通断来转换电能的设备。通过控制功率开关管开通关断的时间占比来调控输出值的大小。开关电源的功率管工作在导通区与截至区，导通时间较小，所以自身散热小，效率有显著提高，保证了系统的高效性和稳定性。且对电网的适应能力也比较高，可以进行AC/DC变换和DC/DC变换。使用开关电源可以大量的减少国家的能源和材料消耗，节省用地面积。由于开关电源转换效率高、散热较少，可以使操作人员更为舒适的工作。我国信息部门已普遍采用开关电源并且鼓励在其他领域进行应用。国家为改善输配电供电质量投资了4000亿元推出了电力系统直流操作电源。国产开关电源已经占据了一定的市场，中星通讯公司自主研发的开关电源获得国内市场的优秀口碑，在同行业的竞争中具有一定优势，并且开始打通国外市场[2]。

当前，电力电子技术作为电能转换与节能的基础，正朝着硬件集成化、控制数字化、开关高频化的方向发展。储能元件和磁性元件因为体积比较大，所以在设计开关电源的外形与结构时应着重考虑这两个元件。所以想要减小开关电源的体积，达到灵活方便，可在逆变器内部使用的目的，就必须减小其中元器件的体积。适当提高