低压大电流高频开关电源同步整流技术的分析-电气工程专业论文.docxVIP

独 创 性 声 明 本人声 明所呈交的 学位论文是 本人在导师 指导下进行 的研究工作 及取得的研 究 成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的 研究成果， 也不包含为 获得 合肥工业大学 或 其他教育机构的 学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：胡学青 签字日期： 2010 年 12 月 9 日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论文作 者完 全了解 合肥工业 大学 有关 保留 、使用 学位 论文的 规定 ，有权 保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权 合肥 工业 大学 可以 将学 位论文 的全 部或部 分内 容编入 有关 数 据 库 进 行 检 索 ， 可 以 采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权书 ) 学位论文作者签名：胡学青 导师签名：杜少武 签字日期： 2010 年 12 月 9 日 签字日期： 2010 年 12 月 9 日 学位论文作者毕业后去向：回原单位 工作单位： 宿州学院机械与电子工程学院 电话： 通讯地址： 宿州市埇桥区汴河中路 71号 邮编： 234000 PAGE PAGE 1 第一章 绪 论 1.1 选题背景与意义 开关电源是现代电子设备（如电视机、VCD、个人计算机、测试仪器、生 物医学仪器等）的心脏和动力。广义地说，凡是采用半导体功率开关器件作为 开关管，通过对开关管的高频开通与关断控制，将一种电源形态转换成为另一 种电源形态的装置，叫做开关变换器。以开关变换器为主要组成部分，转换时 用闭环自动控制来稳定输出，并在电路中加入保护环节的电源，叫做开关电源。 如果用高频 PWM DC/DC 变换器作为开关电源的开关变换器时，就称为高频开 关电源[1][2]。 随着科技的进步，高速超大规模集成电路的尺寸和功耗都要求不断减小， 集成电路供电电源的电压也要求越来越低。如奔腾Ⅲ（733MHZ）要求电源输出 1.65V，14.6A，新一代高速数据处理系统要求电源输出 1~3V，30~50A[2]。 过去 DC/DC PWM 开关变换器，输出电压为 3~5V 时，输出整流二极管一 般用快速恢复开关二极管（FRD）、肖特基硅二极管（SBD）等。它们的正向压 降约为 0.4~0.6V，最大能达到 1V。因此，当电流大时，通态损耗也很大。如果 输出电压低于 3V，那么在开关变换器的总损耗中，通态损耗将占有主要比重， 能达到 50%。现代高速集成电路的电源电压，已降低到可以与 FRD 或 SBD 正 向压降比较接近的程度。因此，降低二极管的正向压降已成为降低整流损耗， 提高低压输出 DC/DC 变换器效率的关键[1] [2] [3]。 低电压功率 MOSFET（简称 MOS 管）的正向压降 UF 及通态电阻 RDS 很小， 例如 I=40A，功率 MOS 管的正向压降 UF=0.1V，功耗为 4W；而二极管的正向 压降 UF=0.34V，功耗为 13.6W。因此，在低压大电流输出的 DC/DC PWM 变换 器中，为了提高 DC/DC PWM 变换器的整流效率，可以用 UF=0.1V 的功率 MOS 管代替整流二极管[1]。 用通态损耗低的功率 MOS 管反接代替 FRD 或 SBD 用于低电压大电流输出 的 DC/DC PWM 变换器中，称为同步整流(SR)。采用同步整流技术与采用 SBD 或 FRD 相比，具有正向压降小、阻断电压高、反向电流小等优点。现在 50~300W 低电压输出的高功率密度 DC/DC PWM 变换器普遍采用 SR，使正向压降 UF 降 低到原来的 1/2~1/3 。如果同步整流技术和软开关技术相结合，则可以使 1~10MHZ 开关变换器的效率从 80%~85%提高到 90%。 因此，深入全面地进行低压大电流高频开关电源同步整流技术的研究，具 有十分重要的理论意义和工程应用价值。 1.2 开关电源的主要支撑技术 1.2.1 DC/DC 变换技术 开关电源的