一种高电压增益的复合式开关电容BUCK变换器

论文总字数：24385字

摘 要

16013218 陈柏青

指导教师 曲小慧

随着现代微处理器的发展，其所需的电源电压也越来越低，经常达到低于1V的电压水平，以减少功耗和更大规模集成。然而到目前为止，主流的标准总线电源电压一般为12V及以上，这就要求连接电源和微处理器的变换器能拥有很大的变压比，在这个基础上，对输出电压的电压纹波和电压调整能力上也提出了很高的要求。对此，传统的开关电容变换器和BUCK变换器难以达到这种要求，而本文提出的开关电容-BUCK变换器，同时拥有这两种变换器的优点，有很好的应用前景和研究意义。

本文首先分析了开关电容变换器和BUCK变换器的工作原理和现有的控制方法，还简要介绍了一些常用的分析方法。本文提出了用开关电容-BUCK变换器来达到高电压增益降压变换的要求，并分析了开关电容-BUCK变换器的原理，通过其电路拓扑计算出了其输入输出关系，电压调整能力和工作效率。然后在MATLAB中对开关电容BUCK-变换器进行了建模仿真，验证了其优良性能。

关键词：高电压增益 开关电容 BUCK

Abstract

With the development of the modern microprocessor, in order to reduce power consumption and large scale integrated, the required supply voltage is becoming lower and lower, often less than 1V. So far, however, the mainstream standard bus power supply voltage is 12V and above commonly, this requires that connect the power supply and the transducer of the microprocessor can have a lot of pressure ratio. On the basis of this, the output voltage ripple voltage and voltage adjustment ability also put forward high request. The traditional SC converter and BUCK converter is difficult to meet the requirements, and the proposed SC- BUCK converter, also has the advantages of these two kinds of transducer, has a good application prospect and the research significance.

This paper firstly analyzes the working principle and existing control method of the switch capacitor convertor and the BUCK converter, and briefly introduces some common analytical methods. Is proposed in this paper using SC-BUCK converter to meet the needs of large transformer ratio, and analyzes the switch capacitance - the principle of the BUCK converter, through its circuit topology calculated on the relationship between input and output, voltage adjustment ability and work efficiency. Then, in MATLAB, the SC-BUCK converter was modeled and simulated, and its excellent performance was verified.

Index Terms: High voltage gain, Switching capacitor, BUCK

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1．1 开关电容-BUCK变换器研究背景 1

1．2 传统降压变换器概述 1

1. 2. 1 开关电容变换器 1

1. 2. 2 BUCK变换器 3

1. 3 降压变换器的研究现状和目前存在的难题 5

1. 4 本文的主要研究目的和主要研究内容 5

第二章 开关电容变换器 7

2. 1 降压开关电容变换器分析 7

2. 2 开关电容变换器的控制方法 8

2. 2. 1 占空比的控制 8

2. 2. 2 导通电阻控制 9

2. 2. 3 电流控制 9

2. 2. 4 几种控制方式对比 9

2. 3 开关电容变换器的分析方法 10

第三章 开关电容-BUCK变换器 11

3. 1 开关电容-BUCK变换器的提出 11

3. 2 开关电容-BUCK变换器电路分析 12

3. 3 开关电容-BUCK变换器的效率分析 17

第四章 开关电容-BUCK变换器的建模 22

4. 1 开关电容-BUCK变换器的电路参数设计 22

4. 2 仿真电路的搭建 23

4. 3 开关电容-BUCK变换器的基本波形 23

4. 4 开关电容-BUCK变换器的电压调整能力 27

第五章 总结与展望 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 开关电容-BUCK变换器研究背景

近年来社会发展迅速，人们已经进入了信息时代，越来越多的便携式电子产品出现在我们面前，并且越来越受宠，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、电子词典、MP3、MP4以及便携式的掌上游戏机等等。这些电子产品能够发挥功能全部都离不开其中最重要的一个部分——微型处理器。微型处理器的高性能一直是大家追求的一个指标，但随着能源问题的日益显著，节能方面的表现也一度成为大家关注的主题。因此，微型处理器的节能逐渐成为开发者的关注点，节能可以从减少电路损耗着手，所以研究如何降低微型处理器的电源电压就是一个很重要的方法。

根据电力电子学的发展趋势，随着电流消耗（gt; 100 A）和时钟频率（gt; GHz）的不断增加，当今的微型处理器工作经常在非常低的电压（1 V或更低），并在睡眠模式和唤醒模式之间连续切换，频率则会上升到几MHz，从而达到节约能源的目的。同时，应用可再生能源来供电也是一种趋势，其输入电压的不稳定性对电压转换电路的电压调整能力提出了更高的要求，所以这就促使电力电子研究团队投入更多的精力来研究高电压增益降压变换的DC-DC变换器。虽然可以想办法让电压源、可再生能源以及电池等的供电电压尽可能的降低到接近微型处理器的工作电压，来减少能量转化的过程，从而减少能量的损耗来达到节约能源的目的。但是大部分电子产品中，有着许多其他的部件，如显示屏、闪光灯、电动马达和激光等等，它们的工作电压都远远大于微型处理器1V的工作电压，所以这些电子产品的供应电压都必须选择一个可以满足所有部件工作电压的值，这样才能达到电子产品的要求。因此，为达到目的，就需要一个高电压比的输出可调节DC-DC变换器。

1.2 传统降压变换器概述

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：24385字