开机预偏置电压问题研究_毕业设计(编辑修改稿)

开机预偏置电压问题研究_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

的影响。 （ 4） 灵敏度分析 灵敏度分析包括直流灵敏度分析和蒙特卡罗分析两种。 直流灵敏度分析业称为灵敏度分析。 它是在工作点附近将所有的元件线性化后，计算各元器件参数值变化时对电路性能影响的敏感程度。 通过对电路进行灵敏度分析，可以预先知道电 路中的各个元件对电路的性能影响的重要程度。 对于那些对电路性能有重要影响的元件，要在电路的生产或元件的选择时给予特别的关注。 （ 5）仿真步骤 1)放置所需元件（包括电源）； 2)连接导线； 3)设定要执行的模拟内容； 4）设定 Probe； 5）执行模拟。 6）利用 Probe 观察模拟结果。 毕业设计（论文）说明书 共 40 页 第 9 页第三章 DCDC 变换器基本原理 DCDC 转换器系统 boost 型 DCDC 转换器 boost 型 DCDC转换器是一种升压型 DCDC 变换电路，输出电压大于输入电压。 VT 的占空比 Dy必须小于 1。 输入电流连续 [2]。 U i nLV TDU o 图 1 boost型 DCDC转换器 boost 变换器的参数计算与器件选择：流过电感 L的电流最大值 sOOLiL Lf UDyDyIiII 2 )1(121m a x  (1) 其中 iI 为输入电流， OI 为负载电流， yD 为占空比， Sf 为开关频率。 开关 管 VT 和续流二极管 D承受的最大电压为 OU。 开关管 VT 和续流二极管 D的电压定额为 ODVT UUU )3~2( (2) 开关管 VT 和续流二极管 D的电流定额为 m a x)2~( LDVT III  (3) 滤波电感的计算，由 syinL TDLUi  (4) 得滤波电感量为 Lsyin i TDUL  (5) 滤波电容的计算，如果输出电压脉动很小，则输出脉动电压由下式决定： sOyO CfIDU  (6) 滤波电容量为 OsOyUf IDC  (7) 毕业设计（论文）说明书 共 40 页 第 10 页 buck 型 DCDC 转换器 buck 型 DCDC 转换器是一种降压型 DCDC 变换电路，输出电压小于或等于输入电压。 输入电流断续。 V TDCLU i nU o 图 2 buck型 DCDC转换器 buck 变换器的参数计算与器件选择：流过电感 L的电流最大值 ])1(21[21m a x SyLdLdL TDLRRUoiLIoI  (8) 其中 LdR 为负载电阻， OI 为负载电流， yD 为占空比， ST 为开关周期。 开关管 VT和续流二极管 D承受的最大电压为 inU。 开关管 VT和续流二极管 D 的电压定额为 inDVT UUU )3~2( (9) 开关管 VT 和续流二极管 VD 的电流定额为 m a x)2~( LDVT III  (10) 滤波电感的计算，由 Dy T sL DyUiDy T sL UUii nOnL )1(  (11) 得滤波电感量为 Lin i D yT sDyUL  )1( (12) 当 yD = 时， L最大。 滤波电容的计算，电容 C 在一个开关周期内的充电电荷为 fsiTsiQ LL 82221  (13) 输出脉动电压为 28)1(syL C f UoDCQUo  (14) 滤波电容量为 UoLf UoDC s y 28 )1( (15) 毕业设计（论文）说明书 共 40 页 第 11 页 buck/boost 型 DCDC转换器 Buck/Boost 型是一种升降压型 DCDC 变换电路， 输出电压大于或小于输入电压。 输出电压极性和输入电压极性相反。 输入电流断续 [3]。 U i nV TDLCU O 图 3 buck/boost型转换器 功率开关管 Vt 导通时，隔离二极管 D 因承受反向偏压而关断。 输入电源电压 Uin 加在贮能电感 L 两端，电感电流为 m inLinL ItLUI  (16) 功率开关管导通结束（ t=ton）时，流过电感中的电流达到最大值，即 m inm a x LoninL ItLUI  (17) 功率开关管关断时，电感两端产生反向电压，即下端为正，上端为负。 隔离二极管 D 因承受正向电压而导通，忽略 D 的正向电压降，电感两端的电压即为输出电压 Uo，即 dtdiLU LO  (18) 功率开关管关断期间，电感 L 中的贮能 通过负载电阻 RL 和滤波电容 C 释放，iL 由最大值开始下降： )(m a x to ntLUII OLL  (19) 当 VT 关断结束（ t=ton+toff）时，电感电流下降到最小值，即 offOLL tLUII  m a xm in (20) 将电感电流的最小值 minLI 代入 maxLI 表达式中，可得 inyyinononino f fon UDDUtT tUttUo  1 (21) 由上式可见，当占空比 yD 大于 时，输出电压高于输入电压；当占空比小于 时，输出电压低于输入电压，因此，该电路称为升压 /降压型 DCDC 转换器[4]。 毕业设计（论文）说明书 共 40 页 第 12 页 电源控制技术 （ 1） PWM 控制 PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。 即通过对一系列脉冲的宽度进行调制来等效地获得所需要波形 (含形状和幅值 )。 在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。 效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。 上述原理称为面积等效原理。 以正弦 PWM 控制为例。 把正弦半波分成 N等分，就可把其看成是 N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。 这些脉冲宽度相等，都等于 N，但幅值不等且脉冲顶部不是水 平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。 如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积 (冲量 )相等，就得到 PWM 波形。 各 PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。 根据面积等效原理， PWM 波形和正弦半波是等效的。 对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到 PWM 波形。 可见，所得到的 PWM波形和期望得到的正弦波等效。 （ 2） PFM 控制 PFM 是一种脉冲调制技术，调制信号的频率随输入信号幅值而变化，其占空比不变。 由于调制信号通常为频率变化的方波信号，因此， PFM 也叫做方波 FM， PWM是频率的宽和窄的变化 ,PFM是频率的有和无的变化 , PWM是利用波脉冲宽度控制输出 ,PFM是利用脉冲的有无控制输出 .其中 PWM 是目前应用在开关电源中最为广泛的一种控制方式，它的特点是噪音低、满负载时效率高且能工作在连续导电模式，现在市场上有多款性能好、价格低的 PWM 集成芯片，如 UCl842／ 2842／ 384 TDAl684 TL49SGl525／ 2525／ 3525 等； PFM 具有静态功耗小的优点，但它没有限流的功能也不能工作于连 续导电方式，具有 PFM 功能的集成芯片有 MAX64 TL497 等； 其基本工作原理就是当输出电压 Vo 升高时，控制器输出信号的脉冲宽度不变而周期变长，使占空比减小， Vo 降低。 最近几年 PFM 控制方式在开关电源中使用日益增多，具有以下优点：在轻负载下效率很高，工作频率高，频率特性好，电压调整率高。 存在以下缺点：负载调整范围窄，滤波成本高 [5]。 （ 3） PWM/PFM 控制 对于额定功率时工作在 PWM 模式的开关电源，也可以通过切换至 PFM 模式提高待机效率，即固定开通时间，调节关断时间，负载越低，关断时间越长，工作频 率也越低。 将待机信号加在其 PW/引脚上，在额定负载条件下，该引脚为高电平，电路工作在 PWM 模式，当负载低于某个阈值时，该引脚被拉为低电平，电路工作在 PFM 模式。 毕业设计（论文）说明书 共 40 页 第 13 页实现 PWM 和 PFM 的切换，也就提高了轻载和待机状态时的电源效率。 通过降低时钟频率和切换工作模式实现降低待机工作频率，提高待机效率，可保持控制器一直在运作，在整个负载范围中，输出都能被妥善的调节。 即使负载从零激增至满负载的情况下，能够快速反应，反之亦然。 输出电压降和过冲值都保持在允许范围内 [7]。 （ 4） PSM 控制 PSM 调制方式是开关电 源中一种新的控制方式，称为脉冲跨周调制。 将负载端反馈信号转换为数字电平，在时钟上升沿检测该反馈信号电平决定是否在该时钟周期内工作，调节开关管的导通时间，从而稳定输出电压。 其工作波为 图 4 PSM工作波形 目前 PSM 控制方式已经用于开关电源，具有以下优点：在负载较轻时率很高，工作频率高，频率特性好，功率管开关次数少，适用于小功率电源管理 IC。 存在如下缺点：输出纹波大，输入电压调整能力弱 [6]。 软开关技术 开关分为软开关和硬开关，其中硬开关的特点为：开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，有显著的开关损耗。 电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了开关噪声。 如图开关损耗与开关频率之间呈线性关系，因此当硬电路的工作频率不太高时，开关损耗占总损耗的比例并不大，但随着开关频率的提高，开关损耗就越来越显著。 硬开关电路及其导通与关断过程波形图如图 5至图 8所示 [7]。 毕业设计（论文）说明书 共 40 页 第 14 页 U iSV DLCR 图 5 硬开关降压型电路图 图 6 硬开关降压型理想化波形 图 7 硬开关关断过程 t。