毕业设计（论文）说明书开机预偏置电压问题研究摘要 随着社会的发展以及人们生活水平的提高，市场对电子产品的需求越来越大，由于所有的电子产品都需要有电源对其供电，电源的性能和安全可靠性就显得至关重要。电源的高效率、低功耗、小体积、高可靠性已经成为大势所趋，在这种情况下，对电子产品电源安全性能的考虑是必要的。当电路由于各种原因出现反向电流时，若反向电流过大，不仅可能烧坏元器件，也可能对负载正常运行造成影响和安全隐患，甚至威胁人们的财产和生命安全。由此可见，对变换器反向电流的研究从各个角度来说都是很有价值的。本文主要阐述的是DC-DC变换器开机过程中的反向电流问题，对于DC-DC变换器来说，当主电路开关管占空比很小，且输出有一定预偏置电压时，可能导致输出电流反向累积，逐渐增大。在基本理论知识的基础上，为了防止过大的反向电流对负载正常运行造成的影响和安全隐患，本文在电路中增加了脉冲阻止电路，使电路在检测到电流反向时阻止续流开关管的导通脉冲传递至续流开关管，以阻止续流开关管导通，从而使反向电流无法通过续流开关管形成通路，即无法持续增大，从而达到有效遏制反向电流的目的。关键词：直流-直流变换器 反向电流 脉冲阻止 预偏置 AbstractAs the society develops and peoples standard of living improves, more and more electronic products are needed in the markets. Due to the demand of sources to power electronic products, its crucial to possess a high function and reliability for a power supply. To realize the demand of the public, sources of high efficiency, low power loss, small volume as well as high reliability have represented the general trend, so its necessary to lucubrate its safety performance. If by any chance, there be a reverse current and the current be large, this may ruin devices or trigger safe trouble, and even throw a threat to peoples safety of life. From all of these, we can see, its of great value to research the reverse current. As for the DC-DC converter, with a dinky duty ratio and pre-bias voltage, the circuit can own an increasing reverse output current. Elaborated on the basic theoretical knowledge, to prevent the reverse current increasing problem, when reverse current detected, a pulse blocking circuit is introduced to prevent the freewheel triode from conducting, so as to stop the loop of the reverse current, so the current will be unable to become bigger, that is the purpose to curb the reverse current problem. Keywords: DC-DC converter reverse current pulse block pre-bias 目录 摘要Abstract3第一章 绪论51.1 直流变换器国内外发展状况51.2 开关电源发展趋势6第二章 PSPICE仿真平台72.1 PSPICE发展与优势72.2模拟功能8第三章 DC-DC变换器基本原理103.1 DC-DC转换器系统103.1.1 boost型DC-DC转换器103.1.2 buck 型DC-DC转换器113.1.3 buck/boost型DC-DC转换器123.1.4 电源控制技术133.2 软开关技术143.2.1 准谐振电路183.2.2 零开关PWM203.3 变换器开关管驱动电路233.3.1 驱动电路要求233.3.2几种MOSFET驱动电路介绍及分析23第四章 变换器开机问题解决方法研究304.1 预偏置时DC变换器出现的反向电流问题304.2 预偏置时输出电流理论分析314.3 预偏置开机问题的PSpice 软件模拟324.4预偏置时开机问题解决方案334.4.1 添加简单脉冲阻止电路344.4.2 添加改进的脉冲阻止电路35第五章 结论38致谢39参考文献40 第一章 绪论1.1 直流变换器国内外发展状况直流-直流变换器是直流电源二次侧核心部分，我国的直流电源技术研究，从理论到实验、仿真，与世界水平比较是不低的，在一些方面还常有突破，但是在产品方面，结构和工艺的差距就明显了。现在看来，我国电源企业据统计有几千家。有条件的企业能实现整机系统集成、全自动化的生产，产品体积小，具有明显优势，若价格便宜又能大量供货，自然就会占领市场。而那些中小企业或者被兼并或者自然淘汰。 现在我国一些大公司生产的直流开关电源，性能完全可以和进口产品竞争，因而已有一定数量的出口。在国内的研究领域已出现了一些可喜的动向，如对 0.8V/50A电源模块的开发研究，合理选择优化的电路拓扑是重要的，工艺结构可能更重要。因为如此低的电压和大电流输出，如果用器件间的导线联接将很难达到技术要求，因此迫使原来作电路拓扑研究的人不得不考虑器件的更合理布局，同时采用集成的工艺结构，以尽量减小内部导线的压降损耗。这也说明作电路拓扑研究的人员，要了解和研究系统集成的知识。某些境外公司在国内设置的电源技术研究开发机构，近年来也投入技术力量与资金，成立了系统集成的有关内容，作为应用基础研究的重点，并加大资助强度，这将对我国电力电子系统集成的研究起到非常好地导向作用1。自20世纪50年代，美国宇航局以小型化重量轻为目标而为搭载火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。随着集成电路的发展，直流-直流开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路，美国Motorola公司、Silicon General公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。1994年，美国电源集成公司(Power Integrations)在世界上率先研制成功三端隔离式PWM型单片开关电源，其属于AC/DC电源变换器。之后相继推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列产品。意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率单片电源系列产品，并得到广泛应用。目前，单片直流开关电源已形成了几十个系列、数百种产品。单片开关电源自问世以来便显示出强大的生命力，其作为一项颇具发展前景和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍关注。单片开关电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，现己成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。1.2 开关电源发展趋势目前市场上开关电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫，为提高开关频率，须采用高速开关器件。对于兆赫以上开关频率的电源可利用谐振电路，这种工作方式称为谐振开关方式。它可以极大地提高开关速度，理论上开关损耗为零，噪声也很小，这是提高开关电源工作频率的一种方式。采用谐振开关方式的兆赫级变换器已经实用化。直流开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下四个方面。一、小型化、薄型化、轻量化、高频化开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积；在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。二、高可靠性开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。三、低噪声开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。四、采用计算机辅助设计和控制采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。开关电源被誉为高效能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。采用了高频变压器和控制集成电路的开关电源更具有效率高、输出稳定、可靠性高等特性，是今后电源的发展趋势。开关电源产品的主要特点是体积小、重量轻、效率高，正在向着模块化、扩大输出电压范围、提高输入端功率因数、抗电磁干扰性强以及附加备用电池的方向发展。在开关电源领域，正展开一系列的技术更新，例如功率因数的校正、相位调制、高频电源、零电压和零电流转换以及单片式调节器等。这些改进，使开关电源的性能和效率大为提高，使其应用范围大大拓宽，尤其是在新兴的通信领域大有用武之地