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一种可多相交错并联大电流BUCK型DC-DC变换器的设计与研究

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  • 【题名】:一种可多相交错并联大电流BUCK型DC-DC变换器的设计与研究
  • 【年份】:2019
  • 【作者】:彭龙飞
  • 【关键词】:Buck型DC-DC转换器  多相交错并联  均流控制  锁相环
  • 【摘要】:随着集成电路技术的快速发展,开关电源因高效率、小型化、响应速度快等诸多优点被广泛应用于各种电子设备的供电系统中。但是对于某些低压大电流的供电领域,如工业机械臂、巨型计算机服务器系统、固态雷达发射机等,因普通单电源有限的功率容量和开关应力无法满足设备供电需求,多相交错并联技术应运而生。该技术通过多个小容量电源适当组合为分布式电源管理系统,可以有很宽的负载输出范围,且无论轻载还重载情况下均具有很高的工作效率,另外多个电源的并联系统还可缓解单一开关管大电流输出的开关应力和散热问题。本文基于Buck型DC-DC转换器的拓扑结构,设计了一种可多相交错并联大电流的降压型直流变换器,该变换器采用PWM调制方式,具有很好的线性调整率和负载调整率。该变换器的创新点为在模拟调制环路的基础上进行数字化控制,既利用了模拟系统中峰值电流模的控制方式,使得变换器对输入电压和输出负载的变化能够快速稳定的响应,又利用数字锁相环技术使得n相电源工作时钟相位差依次为2?/n,总的输出电流为单个芯片输出电流的n倍,整个系统模拟电路和数字电路有机结合在一起,实现低纹波大电流输出。本文着重分析了多相交错并联技术的工作原理和优点,该技术可以极大的缓解元器件的应力,减小输出电压和输出电流的纹波。并联操作时还需要采取合理的均流技术,防止各模块因电流应力不均,芯片局部发热而烧毁芯片。基于电流模控制的建模分析,本文对两相并联系统进行了环路补偿,且利用SIMPLIS软件做了系统环路的仿真,证明方案可行性。本文设计了误差放大器和锁相环关键模块,误差放大器的增益极大程度上决定了环路的增益,锁相环系统可以很好的实现锁频锁相功能。本文基于HHGrace 0.18μm BCD工艺,利用HSPICE软件分别对单相电源和多相交错并联系统进行了仿真验证,输出电压均稳定在1.8V,其中单相无论轻载100mA还是重载7A均工作良好,且根据负载阶跃的仿真结果负载调整率为0.27%,该电路能快速稳定的响应;双相、三相和四相并联系统输出电流分别为14A,21A,28A,输出频率分别为单相的2、3、4倍,输出电压纹波分别为1.48mV、720μV、648μV,输出电压纹波相比于单相重载时的6.76mV减小很多;双相、三相和四相并联系统的工作效率分别为94.16%、94.14%、94.15%,该交错并联系统电路具有宽负载、高效率、低压大电流输出的优点,达到了预期要求。
  • 【会议名称】:硕士
  • 【类别名称】:张国俊
  • 【载体】:电子科技大学
  • 【会议地点】:2019
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