基于平均电流模式的同步Buck数字电源设计研究

高效率、高开关频率和数字控制是近年来开关电源领域的研究热点。探讨了基于平均电流模式的同步Buck数字电源设计策略,结合理论分析和Matlab/Simulink软件仿真,分析了同步Buck的环路设计条件,详细阐述了两种电压电流双闭环PI补偿器的设计方法,并提出了一种基于电流环简化的电压环设计方法。使用高性能主流MCU芯片STM32G474作为控制核心,利用高分辨率PWM技术实现200 kHz的开关频率,以中断事件触发和状态机运行思想来构建系统软件的架构。仿真和实验结果表明系统具有效率高、动态响应快和鲁棒性强等特点,为数字电源的通用化设计提供了参考。

基于耦合电感的零电压开关同步Buck变换器

在传统同步整流Buck变换器中,主开关管的硬开关和同步整流管体寄生二极管的反向恢复问题会导致严重的开关损耗和电磁干扰(EMI)。为避免上述缺点,提出一种基于耦合电感的新型同步Buck变换器,在全负载范围内实现了所有开关管的零电压软开关。详细分析该变换器的工作原理和特性,同时,采用变频调制方法以减小导通损耗,进一步提高变换器效率。最后,结合变换器的特性给出主电路参数的设计考虑,并通过原理样机实验验证了新型变换器的优点和理论分析的正确性。

同步Buck变换器的控制技术综述

同步Buck变换器因其具有效率高、体积小和结构简单等特点,在通信、IT、航天以及日常生活中得到了广泛的应用,作为其核心的控制技术研究近年来已形成热潮。国内外众多著名专家和学者经过30多年的努力,在同步Buck变换器的控制技术方面已经取得了大量的研究成果。本文对已有控制技术的主要成果进行归纳、分类和总结,使之系统化,分别从不同控制技术的工作原理、实现方法和优劣势等多个方面进行了分析,为同步Buck变换器控制技术的应用提供参考。

基于峰值电流模式的同步Buck变换器的数字控制

研究同步Buck变换器的连续时间模型和离散时间模型,分析了变换器工作于峰值电流模式控制下负载恒定和负载动态变化的闭环系统,应用全状态反馈设计闭环系统的控制策略,使用PSPICE软件对设计电路进行搭建,仿真结果表明,设计的动态跟踪系统不仅能实现闭环极点的任意配置,而且能跟踪参考给定值并实现零稳态误差。最后,用Matlab分析了与负载变化相关的闭环极点灵敏度。

多相并联同步Buck变换器控制技术进展

多相并联控制技术适用于高频、低压大电流场合,能满足开关电源日益提高的可靠性、效率和功率密度的要求,已成为开关电源研究领域的重要内容之一,并取得许多成果。对现有的多相并联同步Buck变换器的控制技术进行归纳和分类,分析了各种控制技术的工作原理、特点、实现方法和适用场合,为进一步应用提供了参考。

一种适用于混合储能系统的双向软开关同步Buck电路研究

针对基于超级电容与蓄电池的有源式混合储能系统,提出一种用于储能元件与负载能量交换的软开关双向同步Buck变换器。该变换器在不增加额外谐振元件的情况下,可实现双向变换主功率管的零电压开关。分析了其工作原理,给出了参数设计方法。仿真和实验结果验证了理论分析,由于实现了开关管的零电压开关且应用了同步整流技术,变换器实测效率达95.5%。

基于同步Buck+半桥的超声电源的设计

分析同步Buck+半桥逆变电路的设计方法并给出功率控制设计方案;为了兼顾系统稳定度和成本,使用低成本FPGA生成独立并行模块分别控制同步Buck电路和半桥逆变电路。通过对实验样机进行超声压缩加工实验的结果表明,系统能够准确扫描出谐振频率并实现自动频率跟踪,在此基础上启动功率控制,可以在给定的参考值下稳定运行,达到了设计的预期效果。

基于TPS40055控制的新型同步BUCK电路设计

针对传统电源驱动电路启动慢,效率低,工作电流小,而目前光纤激光电源技术进入高集成化、高响应发展趋势的特点,提出了一种基于TPS40055控制的新型同步BUCK电路设计,可实现PWM及电流可调3路直流电源输出,各路电压分别为3.3V、5V、10 V,电流为0∽11 A可调,能驱动不同型号大功率光纤激光器工作.从电路总体方案、工作原理、参数设计及优化等方面介绍此新型电源电路设计.结果证明,该设计能提供高效、可靠、稳定的激光器直流电源.

ZCS-QRC同步Buck变换器的特性与效率

分析了ZCS-QRC同步Buck变换器的基本特性,对开关管的导通时间、断开时间和延时进行了计算,提出了变换器的周期平均模型。仿真和实验电路测试结果表明,在负载电流全程变化时,变换器开关频率基本保持不变(变化约1%),占空比的变化也很小(约8%)。变换器有较低的电磁辐射干扰和很好的模型精度,在输出电流不是很小时有很高的转换效率。变换器高精度的对象模型,有利于数字控制方案的设计与实现。

基于次优算法同步Buck变换器二阶滑模控制

针对同步Buck变换器设计了基于改进次优算法的二阶滑模控制器,只需检测变换器的输出电压,不需测量电容和电流,就可实现对变换器的控制。通过对次优算法引入滞环,在输出电压达到稳态时限制了变换器的开关频率。在Simulink环境下,构建状态机实现了二阶滑模控制器,验证了同步Buck变换器的启动性能和稳态性能,以及从10A跃变到20A大负载扰动和5V跃变到10V电源扰动时的鲁棒性。仿真结果表明,基于改进次优算法的二阶滑模控制器保留了滑模控制的鲁棒性,并在抵抗扰动方面优于一阶滑模。

基于同步Buck电路的小功率电子负载设计

为满足实验室电源测试的需要,设计了一种基于同步Buck电路的小功率电子负载,分为主电路和控制电路两部分。提出一种基于同步Buck电路的改良的主电路结构,为了实现负载的连续变化,采用数字PID控制,根据主电路小信号数学模型计算出PID参数范围。针对所提出的电子负载设计方案制作了实物电路板,研究表明设计出来的电子负载能够长时间稳定运行,符合设计要求。

基于TL494的同步Buck变换器对比研究

分析了传统非同步Buck变换器与同步Buck变换器的工作模态与导通情况,对两种变换器不同状态产生的损耗进行理论分析。在搭建仿真样机验证的指导下试制了两台基于TL494驱动的Buck变换器。在额定输入12 V电压的同时改变变换器的开关频率与输出电压及负载,比较不同工况下两种变换器的效率。结果表明,两种变换器最佳工作频率约在100 kHz,同步Buck在轻载模式下、非同步Buck重载模式下有着更好的表现。

同步BUCK变换器中MOSFET选型应用研究

介绍了一种以损耗分析为依据的MOSFET选型方法。基于栅极驱动的二阶模型对不同栅极电阻下MOSFET导通时间产生的损耗进行了对比分析,同时完成了印制板寄生电感、开关频率等栅极驱动影响因素的仿真验证。对同步BUCK变换器中MOSFET选型应用进行分析与实验,结果表明该方法可用于工程实践中MOSFET选型及驱动设计分析,可以有效提高MOSFET设计的可靠性。

三相交错并联同步Buck的光伏充电控制器

针对光伏发电系统中太阳能电池利率低、蓄电池常因充电不当而损坏的问题,分析了光伏电池的输出特性和蓄电池的充电特性。设计了一个具有最大功率点跟踪(MPPT)的光伏充电控制器系统,并搭建了硬件平台。该系统以dsPIC33F16GS502为主控MCU,采用三相交错并联同步Buck电路为充电主电路。软件编程采用4阶段充电策略对蓄电池进行充电控制,实现了蓄电池在MPPT、恒流、恒压不同充电方式之间的智能切换。其中恒流恒压充电阶段采用了PI算法,快充阶段使用了基于改进的扰动观察法和电导增量法相结合的算法。实验结果表明,最大功率点跟踪能快速跟踪外界环境的变化,并稳定在最大功率点,提高了光伏电池的使用效率,保护了蓄电池,延长了蓄电池的使用寿命。

一种改进型交错并联同步Buck变换器

针对多相并联Buck变换器存在各相不均流的问题,该文提出一种改进型交错并联同步Buck变换器,该变换器采用交错控制,具有自动均流的特点。首先,在分析其工作原理的基础上推导输入、输出电压的变换比。其次,利用Saber绘制主要的工作波形。最后,通过样机验证理论分析的正确性。

常规buck和同步buck的对比研究

在DC-DC变换器中,buck电路是其中的一种,它主要分为常规buck和同步buck,在不同的电流工作模式下,这两种类型的电路分别起到不同的作用,在CCM(continuous conduction mode)工作条件下,更为常用的是同步buck电路,而在较低电流的情况下,例如进入了DCM(discontinuous conduction mode)工作条件下,常规buck电路又具有独特的优势。

在标准STripFET中集成肖特基二极管以提高数据通信和计算机应用中同步buck转换器的效率

本文采用了先进的strip工艺并在同一块芯片上集成了肖特基二极管的低压功率MOSFETs的工作特性进行了研究。这种新型的MOSFET--肖特基二极管结构可提高应用于移动通信设备中同步buck转换器的效率和可靠性。文中对相关创新的主要技术问题及其优点进行了探讨。并且,为了显示在MOSFET上耦合肖特基二极管对工作特性的显著改进,还对电压调制模块(VRM)的实际工作状态进行了测试。通过与带标准MOSFET的常用的VRM单片电路器件进行比较,可以更显出DC-DC转换器效率的提高效果。文中同时还作了热特性对比。

基于HTCC的两相交错同步BUCK电路设计

为了解决旋转导向工具遇到的“卡脖子”问题,本文提出一种两相交错同步BUCK电路拓扑结构,能够产生更少的热量,在不需外加其他散热方式的情况下就能够适应200℃的工作环境;集成电路采用裸露管芯,元器件占用的体积更小,相邻元器件之间的距离更小;HTCC基板材料耐高温、易导热,互联线更细;产品的功率密度更高。电源模块封装于金属壳内,减少了人为因素的影响,可靠性提高,保证其在严酷的环境下长期稳定工作。

具有死时间控制功能的同步BUCK变换器驱动芯片TPS2830/TPS2831

1 简介 TPS2830/TPS2831是用于同步BUCK变换器功率级驱动的芯片。对大容性负载它的峰值驱动电流为2A。具有自举功能,从而提高了芯片驱动能力。由于具有死时间控制功能,所以可避免功率输出级的上下两只功率管的共态导通问题,具有工作效率高的特点。TPS2830/TPS2831芯片还具有:1.关闭/开通,2.同步,3.撬杆保护功能。当ENABLE(关闭/开通)端子为低电平时,芯片关闭,功率级无驱动信号。当同步(SYNC)端子为低电平时,芯片工作于非同步BUCK变换器驱动状态。撬秆控制(CROWBAR)端子可用作过压保护。

一种采用同步降压拓扑的本质安全电源的研制

在分析传统开关型本质安全电源各种损耗的基础上,得出采用同步Buck拓扑可以显著提高电源效率,减少发热,提高本质安全特性。首次将同步Buck拓扑应用在本质安全电源中,采用本质安全设计方法对电路参数进行设计。实验证明该电源具有效率高、体积小、可靠性高等优点。