一种具有快速瞬态负载响应的DC-DC变换器

分析了开关电源瞬态负载的基本原理、输出电压跌落幅度与电源环路之间的相互关系,比较了减小输出电压跌落幅度的几种控制方式,提出了采用数字非线性控制方式提升瞬态负载响应的方法。基于以上分析,全面评估了环路带宽、整流方式、非线性控制对开关电源瞬态响应的影响。最后采用非线性控制方法,设计了一种具有快速瞬态负载响应的DC-DC变换器。实验结果表明,脉冲负载时输出电压跌落可减小60%,恢复时间缩短30%,试验结果满足设计要求。

Buck变换器最优负载瞬态特性分析

分析电感电流连续工作模式(continuous conduction mode,CCM)Buck变换器的最优负载瞬态响应过程,通过负载跃变阈值概念的提出,获得负载突变时Buck变换器输出电压的最优超调量(跌落量)和稳态调节时间,仿真分析和实验研究结果表明,Buck变换器在负载跃变时存在最优瞬态工作过程。研究最优负载瞬态特性在滑模控制Buck变换器中的应用,仿真研究结果表明,最优负载瞬态特性的研究对Buck变换器主电路参数和控制策略的设计与实现具有重要的指导意义。

基于最优负载瞬态特性的单相全桥逆变器解耦设计

针对单相全桥工频逆变器设计过程欠缺规范的问题,该文提出了一种以动态设计指标为条件解耦设计主电路滤波参数和控制器参数的公式化分步设计法.以阻性负载跃变量为条件,分析了单相全桥工频逆变器在两种极端情况下的最优负载瞬态响应过程,推导了最优负载瞬态特性关于滤波参数的数学表达式,并给出了表达式适用范围-输出电压跌落量低于10%,且结合逆变器的动态设计指标提出了一种滤波器参数设计方法,再以滑模控制为例,结合动态设计指标给出了一种滑模控制器设计方法.仿真实验结果验证了最优负载瞬态响应过程的存在性,最优负载瞬态特性表达式的正确性和有效性,也验证了解耦设计法的正确性和有效性.该解耦设计法具有良好的理论价值和工程价值.

用于开关DC-DC转换器的快速负载瞬态响应电路

设计了一种提高固定开关频率DC-DC转换器负载瞬态速度的电路。该电路通过在负载跳变过程中改变开关频率的方式来提高负载瞬态响应速度。在负载电流瞬态变化时,DC-DC输出电压的跳变量通过反馈电压采样和放大后来控制开关频率。负载电流从小到大跳变时开关频率增加,在负载电流从大到小跳变时开关频率降低。整个芯片后仿真结果表明,所设计的电路可以改善负载瞬态响应,在输入电压12 V、输出电压5 V条件下,负载电流由1 A到3 A跳变时,输出电压过冲量降低了26 mV,负载电流由3 A跳变到1 A时,输出电压过冲量降低了52 mV。该电路在一款0. 18μm高压BCD工艺的降压型DC-DC转换器芯片中进行了投片验证,测试结果表明,负载瞬态时,输出电压过冲量减小,增加了系统稳定性。

非理想正激变换器的负载瞬态建模与分析

负载瞬态响应是DC/DC变换器设计中的重要指标,通常在基于理想模型的计算中难以准确预估,从而导致调试时发生器件过压损坏。在考虑了主要寄生参数后,对峰值电流模式正激(PCMF)变换器的功率级进行非理想建模。根据非理想小信号模型推导出了控制-输出传递函数与输出阻抗的非理想表达式。然后给出了负载瞬态下过冲电压与恢复时间的表达式,并根据100 W/15 V原理样机的电参数进行了瞬态参数计算。对原理样机进行波形测试,得到穿越频率、相位裕度、过冲电压、恢复时间等参数,与计算值吻合较好,证明了该模型的精确性与推导的正确性。

具有快速负载瞬态响应的开关变换器数字均值电压控制方法

提出一种具有快速负载瞬态响应的开关变换器数字均值电压(DAV)控制方法。以Buck变换器为例,介绍DAV控制开关变换器的工作原理,建立变换器的z域模型,由此分析变换器的稳定性。对比分析DAV控制和数字V^2控制Buck变换器的稳定性与负载瞬态性能。研究结果表明:相比于数字V^2控制,DAV控制Buck变换器具有更好的稳定性,在全占空比范围内都能够稳定工作;DAV控制Buck变换器的负载瞬态响应比数字V^2控制更快。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

针对车载24V系统抛负载瞬态现象的过压保护电路设计

针对体现车载24V系统抛负载瞬态现象的测试波形,从能量吸收角度,根据测试波形的不同参数配置设计了电子设备电源输入端口过压保护电路中的关键器件,以确保电子设备的可靠运行。试验结果表明,该方法能有效指导过压保护电路的设计。

电流型控制三态Boost变换器的小信号建模与负载瞬态特性分析

为了提高三态Boost变换器的负载瞬态响应速度,将电流型控制技术应用于三态Boost变换器。详细分析电流型控制三态Boost变换器的工作原理;在考虑负载电流变化对电路性能影响的基础上,分别建立电流型恒定参考电流(CRC)和电流型动态参考电流(DRC)控制三态Boost变换器的完整小信号模型,推导两种控制方法的输出阻抗,并通过频域仿真验证小信号模型的正确性。对比分析两个输出阻抗的低频增益,结果表明:与电流型DRC控制相比,电流型CRC控制三态Boost变换器的输出阻抗低频增益更低,因此具有比电流型DRC控制三态Boost变换器更快的负载瞬态响应速度。最后通过实验结果验证了理论分析的正确性。

带摆率增强电路的快速负载瞬态响应LDO研究

片上系统SoC (System on a Chip)的快速发展,对低压差线性稳压器LDO (Low Dropout Linear Regu-lator)芯片的性能要求更加苛刻。更低静态功耗、更少外围器件以及更高转换效率和电源抑制比、更快响应速度已经成为LDO芯片的研究热点和发展趋势。提出了一种带有摆率增强电路的快速负载瞬态响应无片外大电容LDO,用摆率增强技术及动态偏置技术来优化LDO的摆率,在负载发生跳变时能够快速响应。

通信用稳压整流器负载瞬态效应的测试

以DMA12—48/50整流模块为例,介绍通信用稳压整流器负载瞬态效应的测试方法。

基于电容耦合技术的快瞬态高稳定性LDR设计

设计了一种具有快速瞬态响应能力的低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDR).该LDR采用基于电容耦合技术的改进型电压缓冲器,在空载(Iload=0)和满负载(Iload=100mA)之间跳变时,改进型电压缓冲器可动态地改变对调整管栅极的充电和放电电流,使得LDR的过冲或欠冲电压被迅速抑制,缩短瞬态恢复时间.通过采用电流缓冲器和等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)零点频率补偿技术,确保了LDR在全负载范围内的稳定.设计的LDR采用标准0.18μm CMOS工艺进行了仿真验证,结果显示,LDR空载下静态电流为35μA,满负载时的静态电流为80μA.输出电容为2.2μF,负载电流由100mA到0跳变时,瞬态响应时间和过冲电压分别为438ns和4.2mV;负载电流由0到100mA跳变时,瞬态响应时间和欠冲电压分别为385ns和12.9mV.

具有快速瞬态响应的电压电流双环准定频控制Zeta变换器研究

为解决传统变频控制技术开关频率范围宽、电流型恒频控制技术瞬态响应速度慢等问题,提出并研究了一种电压电流双环准定频控制技术。以Zeta变换器为例,首先阐述了电压电流双环准定频控制技术的工作原理;然后分别建立了传统电流型恒频控制技术和电压电流双环准定频控制技术的小信号模型,通过波特图对比分析两者的瞬态性能;最后建立仿真和实验平台,对理论分析进行验证。研究结果表明:与传统变频控制技术和电流型恒频控制技术相比,电压电流双环准定频控制技术具有开关频率变化范围小、输出电压纹波小、负载瞬态响应速度快等优点。

CPU电源变换器动态均流技术

为了提高高频瞬态负载条件下CPU多相电压转换器的可靠性,建立一个包含旁带的小信号模型,而后利用该模型分析研究了拍频振荡产生的原因。为了消除或减弱旁带成分带来的拍频振荡而又不影响控制环路的相位容限,提出了运用耦合电感的解决方案。实验结果证明,该方案有效解决了高频瞬态负载条件下各相之间动态均流问题,并且对于不同的控制结构都是有效的。

同性极感应子发电机整流容性负载特性的一种简化平均值分析方法

针对感应子发电机带整流器的独立电容充电电源系统的换流及负载动态特性进行了深入的分析。首先根据不同的负载电流得到相应的换流重叠角,然后依照各换流重叠角区间划分系统在不同阶段的工作模态,分别对不同的工作模态建立了简化的平均值数学模型,并推导出负载特性。通过Matlab/Simulink仿真分析,验证了本方法可以正确、方便地应用于交流发电机带整流容性负载的瞬态特性分析,并可以推广到其他类型独立的交流整流电容充电电源系统。

直线加速器驻波腔中的瞬态束流负载效应(英文)

在高能加速器中,随着单个束团和束团串中电荷量的提高,当粒子束穿过加速腔的时候,感应出的瞬态束流负载电压也越来越高．但是,在通常分析束流负载的时候,往往对稳态束流负载研究的比较多,而对瞬态束流负载的研究要相对少一些．本文首先对束流负载的瞬态特性和束团穿过加速腔时高频源所看到谐振腔谐振频率的变化方式进行了分析,然后又对两种情况下谐振腔的最优失谐条件进行了讨论,并给出了相应的解析公式．在第1种情况下,当粒子束穿过加速腔的时候,谐振腔的自然谐振频率能够及时地得到调节,从而使高频源的电流与谐振腔的腔压同相,以提高高频源的效率;在第2种情况下,当粒子束穿过加速腔的时候,谐振腔的自然谐振频率保持不变,不能被调节．最后,还对BEPCⅡ现有预注入器的预聚束腔、BEPCⅡ未来预注入器的两个次谐波聚束腔中的瞬态束流负载效应进行了分析．

天然气燃料在油田压裂增产中的应用

天然气燃料在油田压裂增产领域的应用越来越多,天然气涡轮机、天然气发动机等以天然气燃料作为能源的压裂设备技术不断发展,而双燃料发动机同时使用燃油和天然气两种燃料,降本增效的同时能最大限度适应压裂作业工况。通过分析对比采用天然气燃料为压裂提供动力的几种方案,从总的燃料利用率来看,双燃料发动机或天然气发动机对天然气的利用率最高,且技术方案相对简单。天然气发动机天然气利用率最高,燃烧效率也相对较高,结构和控制相对简单,但天然气燃烧的负载瞬态响应性比较差,对压裂工况的负载突变情况适应性差,需增加辅助的动力系统。国内目前还没有双燃料技术应用在压裂领域的案例,为此研究制定基于多点喷射技术的双燃料压裂系统方案,在压裂用发动机基础上增加双燃料系统,每个缸采用单独的喷射阀控制进气喷射,电子控制单元(ECU)对燃气喷射量进行精准控制,并根据发动机运行状态对双燃料模式进行自动切换。该方案在提升天然气燃料利用率的同时也保证了设备运行安全。今后在双燃料技术方面,需要持续推动双燃料核心部件喷射器、ECU以及燃料供给系统等关键技术的研究;在纯天然气燃料技术方面,要研究提高天然气燃烧瞬态响应的方法 ,并研究新的喷射技术。

基于0.35μm CMOS的高性能LDO稳压器设计

为降低芯片负载波动及电源干扰对系统输出的影响,以提高芯片性能,基于0.35μm CMOS(Complementa-ry Metal Oxide Semiconductor)工艺,采用Cadence设计了高性能的无片外电容低压差(LDO:Low Drop-Out)线性稳压器集成电路,给出了负载瞬态响应增强网络以及电源干扰抑制增强网络的设计方案并进行了仿真实验。实验结果表明,电路具有良好的线性调整率和负载调整率,各项性能指标均符合行业标准,系统在3～5 V的输入电压范围内,稳定的输出电压为2.8 V,电源抑制比在高频1 MHz时达到-46 dB,负载变化引起的输出电压过冲小于55 mV。

用于相变存储器的高效开关电容电荷泵

提出一种应用于相变存储器芯片的新型开关电容电荷泵。对于16位的相变存储器芯片,系统擦写时间大于100ns,电荷泵的驱动能力至少为60mA。相比于传统开关电容电荷泵,该电荷泵根据负载电流大小自动生成一个使能信号,该信号通过控制升压模块功率管的开启与关断来调节输出电压,最终将输出电压控制在一个允许的范围内波动。采用40nm CMOS工艺对电荷泵进行设计和仿真,结果表明在5mA负载时,电源效率为87%,输出纹波为2.84mV;负载电流从0mA变化到60mA时,电源效率皆高于82%;负载电流变化在300mA/μs时,输出瞬态响应时间为1.63μs,满足相变存储器芯片的使用要求。

升压型DC/DC MAX756应用研究

针对无线传感器网络节点的供电问题,应用升压型DC/DC MAX756设计了具有输出电压选择与电池监视功能的无线传感网络节点供电单元。给出了供电单元的原理图设计与印制电路板的设计要点;得到了供电单元的转换效率与输入电压的关系,转换效率随输入电压升高而升高,随输出电流的增大而增大;测试了供电单元的负载瞬态响应能力。结果显示,负载发生突变时输出电压有较大噪声,说明电源的滤波设计需要改进。

电压控制二次型Buck变换器实验装置设计

与传统Buck变换器相比,二次型Buck变换器实现了与占空比成平方关系的直流电压传输比,具有宽输入电压范围。为实现二次型Buck变换器的抗扰动能力,提出电压控制(voltage controlled)二次型Buck变换器。首先,分析了电压控制二次型Buck变换器的工作原理,并运用伏秒平衡、电荷平衡推导出连续导电模式下电压和电流关系表达式,为设计电路参数和器件选型提供依据。最后,设计并搭建电压控制二次型Buck变换器的实验装置,包括误差放大电路、比较电路、开关管驱动电路以及辅助供电电源。实验研究表明,电压控制二次型Buck变换器在负载瞬态和输入瞬态时,能实现输出电压的稳定。