低压大电流DCDC变换电路

低压大电流DC/DC 变换电路

一、任务

设计并制作如图1所示的DC/DC 变换电路，输出直流电压稳定在3V ，输出电流额定值为5A 。

I L R 图1 低压大电流DC/DC 变换电路

二、要求

1．基本要求 （1）输入直流i U =12V ，输出直流o U =3±0.03V ，Io=5A 。

（2）输入i U =12V ，输出o U =3±0.03V ，Io=5A ，效率≥80%。

（3）负载电流Io=0.5A 时，具有输入欠压保护功能，动作电压i U =8±0.5V 、输入过压保护功能，动作电压i U =16±0.5V ；输入i U =12V 时，具有输出过流保护功能，动作电流6±0.5A ，过流保护功能需要有明确指示。

2．发挥部分

（1）输入i U =12V ，输出o U =3±0.03V ，Io=5A ，效率≥90%。

（2）输入i U =12V ，输出o U =3±0.03V ，静态功耗Q I 小于30mA 。

（3）输入i U =12V 时，具有输出短路保护功能，短路时间大于10秒，短路保护功能需要有明确指示，并与过流保护有区别。

（4）输入欠压/过压、输出过流/短路故障排除后，系统能自动恢复工作。

（5）其他。

三、说明

1.在3V/5A 这个级别测试，应该使用电子负载比较合适，但考虑各种实际情

况，建议仍然使用功率电阻做负载进行测试，测试仪表也是使用普通三位半万用表。在这个级别测试电流，导线阻抗和仪表内阻是必须考虑的，所以测试时应使用尽量短而粗的优质导线，万用表表针连线尽量短，在5A 测试时仅使用0.6欧（15W 以上）功率电阻是不够的，因为不仅有导线阻抗和仪表内阻，电阻温度升高以后阻值也会升高，所以在元件清单上应备更小值功率电阻或者大功率可调电阻。

2.以下几点说明参考了前几届电子竞赛题目的相关说明。

3.输入电源由学校实验室提供，不需要自己准备。

4.DC/DC 电路效率%100?=i

o P P η，o P =o o I U ?，i P =i i I U ?，DC/DC 变换电路（含控制电路）只能由i U 端口供电，不得另加辅助电源。

5.本题定义：静态功耗指的是输出开路时的输入电流。

6.制作时考虑测试方便，合理设置测试点。

低压大电流DCDC变换器拓扑分析

低压大电流DC/DC变换器拓扑分析 摘要：目前对低压大电流DC/ DC 变换器的研究方兴未艾。如何选择合适的拓扑电路是其首要任务。从拓扑、应用方面系统地论述了低压大电流技术近期的发展，阐述了各种拓扑电路的特点及用途并进行了分析比较。同时，详细地介绍了其关键的同步整流技术及其各种驱动方法。 1 引言 随着电子技术的迅速发展，以及各种微处理器、IC 芯片和数字信号处理器的普及应用，对低压大电流输出的低压变换器的研究与应用成为日益重要的课题。在低电压输出的情况下，一般的二极管整流很难达到较高效率，需采用同步整流技术，这就使得同步整流成为低压大电流技术中的关键技术。另外，如何选择合适的拓扑，使变换器的性能最优化，也是一个极其重要的问题。 首先分别从变压器的初级和次级对各种基本拓扑进行分析比较，分别得出初级和次级适合于低压大电流的优化拓扑，然后进行组合，列举了3 种典型的拓扑，最后对优化的组合作进一步的比较分析。 2 基本拓扑及其优缺点分析 以变压器为界，此类变换器的初级拓扑可从其所能传送的功率以及拓扑结构的复杂程度等方面进行分析。在提高低压大电流变换器的效率中显得尤为重要的是其次级的拓扑。本文首先从提高效率的角度对其进行分析，然后综合考虑其结构复杂性和驱动方式等的问题。 2. 1 变压器初级拓扑的优选 相对于升压型变换器来说，降压型变换器更加适用于低压大电流变换器。其变压器初级的基本拓扑主要可用正激式、反激式、推挽式、半桥式和全桥式等5 种。但是，其中的反激式变换器显然不适合低压大电流的要求，因为它的输出纹波较大，变压器漏感引起较大的电压尖峰，功率不大（150W 以下）,变换器效率不高，因而只能在电压和负载调整率要求不高的场合使用。 2. 2 变压器次级拓扑的优选 2. 2. 1 同步整流技术基本原理 同步整流技术旨在实现同步整流管栅极和源极之间的驱动信号与同步整流管漏极和源极之间开关同步。理想的同步整流技术可使同步整流管起到和整流二极管同样的作用，即正向电压导通，反向电压关断。在输出为低电压大电流的情况下，整流二极管的使用会引起很大的能量损耗，大大地降低电源效率。而用于同步整流的低电压功率MOSFET 导通电阻非常小，正向导通压降很低，例如15A 时只有0. 1V ,因此用低电压功率MOSFET 代替整流二极管势在必行。 2. 2. 2 变压器次级3 种结构的比较 适用于低压大电流输出的变压器次级结构有3种：正激式结构、中心抽头式结构和倍流整流式结构（拓扑及其波形如图1 、2 、3 所示）。

交错并联的低压大电流DC-DC变换器设计与实现

交错并联的低压大电流DC-DC变换器设计与实现 1引言 近年来，随着计算机微处理器的输入电压要求越来越低，低压大电流DC-DC变换器的研究得到了许多研究者的重视，各种拓扑结构层出不穷，同步整流技术、多重多相技术、磁集成技术等也都应用于这个领域。笔者提出了一种交错并联的低压大电流DC-DC变换器，它的一次侧采用对称半桥结构，而二次侧采用倍流整流结构。采用这种结构可以极大地减小滤波电容上的电流纹波，从而极大地减小了滤波电感的大小与整个DC-DC变换器的尺寸。这种变换器运行于48V的输入电压和100kHz的开关频率的环境。 2倍流整流的低压大电流DC-DC变换器的结构分析 倍流整流低压大电流DC-DC变换器的电路原理图，一次侧采用对称半桥结构，二次侧采用倍流整流结构，在S1导通时SR1必须截止，L1充电；在S2导通时SR2必须截止，L2充电，这样滤波电感电流就会在滤波电容上移项叠加。图2给出了开关控制策略。 图1倍流整流的低压大电流DC-DC变换器的电路原理图 图2开关的控制策略 通过以上分析可以看出，倍流整流结构的二次侧2个滤波电感电流在滤波电容上相互叠加，从而使得输出电流纹波变得相当小。 结构中的同步整流器均按外加信号驱动处理，使控制变得很复杂，但在这种半桥-倍流拓扑结构中使用简单的自驱动方式很困难，因为，在这种结构中，如果直接从电路中取合适的点作为同步整流器的驱动信号，在死区时间内当这个驱动信号为零时，同步整流器就会截止。为了在半桥-倍流拓扑结构中使用自驱动方式，就必须使用到辅助绕组。 以单个半桥-倍流拓扑结构为例，见图3，VSEC为变压器的二次侧电压，Vgs为由辅助绕组获得的同步整流器的驱动电压，可以看出即使在死区的时间内，同步整流器的驱动电压也不可能为零，保证了自驱动方式在这种拓扑结构中的应用。 图3自驱动同步整流器电路及波形图 另外，由于在大电流的情况下MOSFET导通压降将增大，从而产生较大的导通损耗，为此应采用多个MOSFET并联方法来减小损耗。 3交错并联低压大电流DC-DC变换器 3.1电路原理图 综上所述，倍流整流低压大电流DC-DC变换器具有很好的性能，在此基础上引入交错并联技术，构成一种新的结构，称为并联低压大电流DC-DC变换器，可以进一步减小输出电流纹波。 图4为交错并联低压大电流DC-DC变换器的电路原理图（以最简单的2个倍流整流交错并联为例）。 图4交错并联低压大电流DC-DC变换器的电路原理图 3.2变换器的开关控制策略 交错并联低压大电流DC-DC变换器的开关控制策略见图5。 图5交错并联低压大电流DC-DC变换器的开关控制策略 3.3交错并联低压大电流DC-DC变换器性能

低压、大电流电源中提高效率的有效方法是同步整流

低压、大电流电源中提高效率的有效方法是同步整流 1. 概要计算机、通信交换机等数据处理设备在电路密度和处理器速度不断提高的同时，电源系统也向低压、大电流和更加高效、低耗、小型化方向发展。如今IC 电压已经从5 V 降为3. 3 V 甚至1. 8 V ，今后还会更低。在DC2DC 变换器中，整流部分的功耗占整个输出功率的比重不断增大，已成为制约整机效率提高的障碍。传统整流电路一般采用功率二极管整流，由于二极管的通态压降较高，因此在低压、大电流时损耗很大。这就使得同步整流技术得到了普遍关注并获得大量应用。同步整流技术就是用低导通电阻MOSFET 代替传统的肖特基整流二极管，由于MOSFET 的正向压降很小，所以大大降低了整流部分损耗。同时对MOSFET 给出开关时序随电路拓扑工作要求作相应变化的门极驱动信号。由于门极驱动信号与MOSFET开关动作接近同步，所以称为同步整流（SynchrONous RecTIficaTIon ，简称SR）。 2.正激变换器中的同步整流自驱动同步整流是指直接从变压器副边绕组或副边电路的某一点上获取电压驱动信号，来驱动同步整流管。外驱动同步整流是指通过附加的逻辑和驱动电路，产生随主变压器副边电压作相应时序变化的驱动信号，驱动SR 管。这种驱动方法能提供高质量的驱动波形，但需要一套复杂的驱动控制电路。相比较来说，自驱动同步整流的电路结构简单，所需元件数量较少;同时自驱动同步整流续流二极管靠复位电压驱动，所以工作特性依赖于功率变压器的复位方式。理想情况是变压器复位时间与主开关管关断时间相等，这样，输出电流将在整个关断期间内通过同步整流管续流。由于漏源极间PN 结的存在，使MOSFET 漏源极之间存在一个集成的反向并联体二极管。电路拓扑要求整流管有反向阻断功能，因此MOSFET 作为整流管使用时，流过电流的方向必须是从源极到漏极，而不是通常的从漏极到源极。实际应用中，2 只SR 管的驱动信号之间应保证足够的死区时间。因为在2 个SR 管换流期间，如果一只整流管已处于导通态，而另外一只还没有关断，就会造成短路，导致较大的短路电流，可能会烧毁MOS 管。但死区时间也不能过长，因为在死区时间内，负载电流从SR 管的体二极管流过，完成MOSFET 作为整流管的功能，如果死区时间过长，电路虽然仍能正常工作，但会增加损耗。因此，从减小

低压大电流高频整流电路--

低压大电流高频整流电路 摘要:随着信息技术的迅速发展，中小功率变换器在计算机、通信和其它工业领域中得到了广泛的应用．为满足应用场合对数据处理更快速、更有效的要求，对变换器的要求也不断提高，使得变换器向着更低的输出电压、更高的输出电流、更高的效率，更快的动态响应以及更高的可靠性等方向发展。本文首先介绍了一些器件，然后分析倍流整流电路的工作原理。分析结果表明，由于倍流整流结构的整流管损耗小、动态响应快以及输出电流的纹波小等优点，使其成为低压大电流的常见的整流结构。采用Matlab软件对同步整流电路进行了仿真实验，并对仿真结果进行了分析。 关键词：倍流整流；Matlab Abstract:with the rapid development of information technology, small and medium-sized power converter in the field of computer, communications and other industries has been widely used. To meet application requirements for data processing faster and more efficiently, and also to the requirement of converter enhances unceasingly, makes the converter to lower output voltage, higher output current, higher efficiency, faster dynamic response and higher reliability. This article first introduces some device, and then introduces the working principle of The Times the current rectifier circuit. Analysis results show that as the rectifier losses times flow rectifying structure is small, fast dynamic response, and the advantages of small output current ripple, make it becomes a common low-voltage high-current rectifier structure. Using matlab software to synchronous rectifier circuit, the simulation experiment and the simulation results are analyzed. Key words: times flow rectifying; The matlab

低压大电流DC

低压大电流DC—DC变换器原理分析 作者：王琥珺、赵超、向盼、何刚、何霖山、向浩 指导老师：伍卫 摘要：主要介绍的是应用于电池放电中的低压大电流DC—DC变换器。首先，就其工作原理做了详细的分析说明，在此基础上，进行了仿真和实验，并对结果进行了分析。可以得出本拓扑适合应用在低压大电流的结构中。与之前广泛应用的能量从半桥侧传递到倍流侧不同，其重点在于将倍流拓扑当作双BOOST拓扑进行放电，即能量从倍流侧传递到半桥侧，可实现输入输出电压相差倍数大，而且最大限度地提高了放电的效率。 关键词：双电感；结构拓扑；低压大电流 随着新能源迅速的发展，大功率动力电池已经被应用在电动工具、电动车辆，航空航天等领域，电池化成作为电池生产过程中的关键工序关系到电池的品质和质量，而且可以将电池放的电能回馈电网，节约成本。大容量锂离子电池生产数量越大，电池化成过程造成的能量浪费问题就会表现得越明显。必须在大容量锂离子电池大规模应用的前期对高效率的电池化成设备进行研究，为大容量锂离子电池大规模应用提供必需的生产设备，既为生产厂家节电节能，也符合国家节能减排的要求。本拓扑为半桥倍流电路，具有双电感，适合低压大电流的工作状态，放电输出给PWM整流逆变电路回馈到电网，本DC—DC变换器，控制策略简便，使用了PWM策略。本文对这种变换器的工作原理作出了详细的说明。 1.主电路拓扑结构 主电路拓扑结构如图1所示，由图1可以看出，输入级的拓扑为隔离型的双BOOST电路交替并联结构，输出级为半桥电路。本文介绍的低压DC—DC升压电路是应用于电池化成设备中，要求低压直流输入，高压直流才、输出，由于该电路要求特殊，升压倍数较高，低压侧电流较大，所以实现起来有一定难度。

低压大电流开关电源的设计

低压大电流开关电源的设计 摘要：随着计算机、通信技术的发展，低电压大电流开关电源成为目前一个重要的研究课题。介绍了一种输出电压为3.3V，输出电流为20A的开关电源的设计过程。 关键词：有源钳位；同步整流；正激式变换器 1 引言 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。随着电源技术的发展，低电压，大电流的开关电源因其技术含量高，应用广，越来越受到人们重视。在开关电源中，正激和反激式有着电路拓扑简单，输入输出电气隔离等优点，广泛应用于中小功率电源变换场合。跟反激式相比，正激式变换器变压器铜损较低，同时，正激式电路副边纹波电压电流衰减比反激式明显，因此，一般认为正激式变换器适用在低压，大电流，功率较大的场合。 2 基本技术 2．1 有源钳位技术 正激DC／DC变换器其固有缺点是功率晶体管截止期间高频变压器必须磁复位。以防变压器铁心饱和，因此必须采用专门的磁复位电路。通常采用的复位方式有三种，即传统的附加绕组法、RCD钳位法、有源钳位法。三种方法各有优缺点：磁复位绕组法正激变换器的优点是技术成熟可靠，磁化能量可无损地回馈到直流电路中去，可是附加的磁复位绕组使变压器结构复杂化,变压器漏感引起的关断电压尖峰需要RC缓冲电路来抑制，占空比 D<0.5，功率开关管承受的电压应力与输入电源电压成正比。RCD钳位正激变换器的优点是磁复位电路简单，占空比D可以大于0.5，功率开关管承受电压应力较低,但大部分磁化能量消耗在钳位电阻中，因此它一般适用于变换效率不高且价廉的电源变换场合。有源钳位技术是三种技术中效率最高的技术，它的电路图如图1所示，工作原理如图2所示。在DT 时段之前，开关管S1导通，激磁电流i M为负，即从C r通过S1流向T r，在DT阶段，开关管S的驱动脉冲u gs使其导通，同时u gs1=0，使S1关断，在V in的作用下，激磁电流由负变正，原边功率通过变压器传到副边，给输出端电感L充电；在（1－D）T时段，u gs=0，S 关断，u gs1到来使S1导通，i M通过S1的反并二极管向C r充电，在C r和T r漏感构成的谐振电路的作用下，i M由正变负，变压器反向激磁。从以上分析中可以看出：有源钳位正激变换器变压器铁心工作在双向对称磁化状态，提高了铁心利用率，钳位电容的稳态电压随开关占空比而自动调节，因而占空比可大于50％；V o一定时，主开关、辅助开关应力随V i n的变化不大；所以，在占空比和开关应力允许的范围内，能够适应较大输入电压变化范围的情况。不足之处是增加了一个管子，使得电路变得复杂。

低压大电流DCDC变换电路

低压大电流DC/DC 变换电路 一、任务 设计并制作如图1所示的DC/DC 变换电路，输出直流电压稳定在3V ，输出电流额定值为5A 。 I L R 图1 低压大电流DC/DC 变换电路 二、要求 1．基本要求 （1）输入直流i U =12V ，输出直流o U =3±0.03V ，Io=5A 。 （2）输入i U =12V ，输出o U =3±0.03V ，Io=5A ，效率≥80%。 （3）负载电流Io=0.5A 时，具有输入欠压保护功能，动作电压i U =8±0.5V 、输入过压保护功能，动作电压i U =16±0.5V ；输入i U =12V 时，具有输出过流保护功能，动作电流6±0.5A ，过流保护功能需要有明确指示。 2．发挥部分 （1）输入i U =12V ，输出o U =3±0.03V ，Io=5A ，效率≥90%。 （2）输入i U =12V ，输出o U =3±0.03V ，静态功耗Q I 小于30mA 。 （3）输入i U =12V 时，具有输出短路保护功能，短路时间大于10秒，短路保护功能需要有明确指示，并与过流保护有区别。 （4）输入欠压/过压、输出过流/短路故障排除后，系统能自动恢复工作。 （5）其他。 三、说明 1.在3V/5A 这个级别测试，应该使用电子负载比较合适，但考虑各种实际情

况，建议仍然使用功率电阻做负载进行测试，测试仪表也是使用普通三位半万用表。在这个级别测试电流，导线阻抗和仪表内阻是必须考虑的，所以测试时应使用尽量短而粗的优质导线，万用表表针连线尽量短，在5A 测试时仅使用0.6欧（15W 以上）功率电阻是不够的，因为不仅有导线阻抗和仪表内阻，电阻温度升高以后阻值也会升高，所以在元件清单上应备更小值功率电阻或者大功率可调电阻。 2.以下几点说明参考了前几届电子竞赛题目的相关说明。 3.输入电源由学校实验室提供，不需要自己准备。 4.DC/DC 电路效率%100?=i o P P η，o P =o o I U ?，i P =i i I U ?，DC/DC 变换电路（含控制电路）只能由i U 端口供电，不得另加辅助电源。 5.本题定义：静态功耗指的是输出开路时的输入电流。 6.制作时考虑测试方便，合理设置测试点。