检索结果-内蒙古大学图书馆

微电子学 2023年第4期53卷 661-667页

作者：熊进明鑫王卓张波电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

设计了一种双相位峰值电流模控制、具有大负载能力的降压稳压芯片。通过双相位的工作,保证了芯片在重载下具有较高的效率。同时,为了防止在轻载下两个相位的工作引入额外的开关损耗,提出了一种轻载模式。通过利用电流模控制模式中电压... 详细信息

设计了一种双相位峰值电流模控制、具有大负载能力的降压稳压芯片。通过双相位的工作,保证了芯片在重载下具有较高的效率。同时,为了防止在轻载下两个相位的工作引入额外的开关损耗,提出了一种轻载模式。通过利用电流模控制模式中电压环路内误差放大器产生的控制电压来检测实际负载的大小,实现相位的切换以及在更低负载下的断续导通降频工作模式。基于0.35μm BCD工艺进行仿真设计。仿真结果表明,在输入电压12 V,输出电压1 V,开关频率500 kHz,最大负载20 A下,与传统单通道峰值电流模比较,重载20 A下的效率可以提升3个百分点,轻载0.5 A下的效率可以提升10个百分点。

关键词：开关电源峰值电流模双相控制轻载模式

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基于正则化拉格朗日乘子法的配电网网络拓扑辨识

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供用电 2024年第6期41卷 12-20页

作者：周宁方治蔺晨晖吴文传国网河南省电力公司电力科学研究院河南郑州450000 清华大学北京100084

网络拓扑辨识是配电网能量管理系统中的核心应用之一,是其他各种高级功能进行分析计算的基础。考虑量测中不良数据的影响,提出了一种基于正则化拉格朗日乘子法的配电网网络拓扑辨识方法。该方法将配电网网络拓扑与实际不符的情况视为多... 详细信息

网络拓扑辨识是配电网能量管理系统中的核心应用之一,是其他各种高级功能进行分析计算的基础。考虑量测中不良数据的影响,提出了一种基于正则化拉格朗日乘子法的配电网网络拓扑辨识方法。该方法将配电网网络拓扑与实际不符的情况视为多个线路的参数误差问题,并采用拉格朗日乘子法进行辨识。重复运行辨识程序,依次校正超过所设阈值的最大正则化拉格朗日乘子所对应的线路,得到正确的配电网网络拓扑模型。通过对比每次辨识程序中的最大正则化残差和最大正则化拉格朗日乘子,区分配电网中的不良数据与拓扑错误,并对不良数据进行自动校正。借助于高精度微型同步相量测量单元(micro-phasor measurement units,μPMU)的量测信息,辨识方法适用于配电网的轻载模式。最后利用IEEE 33节点系统验证所提出的方法,结果表明所提出的方法能有效辨识网络拓扑错误和不良数据。

关键词：配电网拓扑辨识不良数据轻载模式拉格朗日乘子法微型同步相量测量单元

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一种PCM控制的宽输入高效同步降压型DC-DC变换器的研究与设计

一种PCM控制的宽输入高效同步降压型DC-DC变换器的研究与设计

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作者：张浩长安大学

学位级别：硕士

随着消费电子市场的蓬勃发展,电源管理芯片(Power Management Integrated Circuit,PMIC)的需求越来越旺盛。同时电子设备的更新换代也对PMIC的性能提出了更高的要求,而BUCK型转换器作为一种广泛使用的降压型DC-DC结构,也逐渐向着宽输入... 详细信息

随着消费电子市场的蓬勃发展,电源管理芯片(Power Management Integrated Circuit,PMIC)的需求越来越旺盛。同时电子设备的更新换代也对PMIC的性能提出了更高的要求,而BUCK型转换器作为一种广泛使用的降压型DC-DC结构,也逐渐向着宽输入电压范围、高效率、高功率密度的趋势发展。因此选择合适的系统控制方式和电路优化措施对于提高最终芯片性能具有重要作用。首先,本文通过对BUCK变换器的几种常见控制策略进行分析对比,结合宽输入范围、高效的设计目标,最终选择各方面性能更为平衡的峰值电流模(Peak Current Mode,PCM)作为控制方法,针对占空比大于0.5时的次谐波振荡现象,采用改进平均模型法对其进行小信号建模,推导出带斜坡补偿的环路传递函数,并通过Simplis对系统的稳定性进行验证;然后对系统性能指标和引脚功能进行定义,设计出原理框图,对模块间的具体工作过程作以说明;为满足低功耗的要求,在对系统中存在的损耗进行分析的基础上,为减小轻负载时的开关损耗,设计了可以通过外部端口选择的跳脉冲模式(Pulse Skip Modulation,PSM)和休眠模式;为尽可能地减小导通损耗,对功率管的内阻进行折中;面对工作温度过高、内部电源欠压等突发情况,设计了对应的异常保护电路来保证系统的可靠性。本文基于0.18μm BCD(50V)工艺,在Virtuoso平台上对带隙基准和预降压电路、误差放大器及其钳位电路、斜坡补偿与高速峰值电流比较电路、过零与过流检测电路和保护电路进行设计和仿真;最后根据应用条件选取外围无源器件参数,完成芯片整体仿真。结果表明,输入12V转输出5V时的输出电压纹波在7m V以下并能保持稳定;输入电压在5～42V的宽范围之间跳变时,输出电压的误差保持在±1.85%以下,线性调整率均在0.1%/V以下,恢复时间110μs以内;最大负载电流可达3.5A,对负载电流分别为15m A和150m A时的PSM和休眠模式进行仿真,效率分别为64.18%和84.65%,高于单独使用PSM的效率;在典型应用下的最高效率为95%,总体满足高能量转换效率和高精度输出的设计要求;最后完成了版图设计,尺寸为1970μm×1580μm。

关键词：开关电源 BUCK DC-DC PCM 建模轻载模式

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高频有源钳位反激变换器设计及控制策略研究

高频有源钳位反激变换器设计及控制策略研究

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作者：陶涛东南大学

学位级别：硕士

蓬勃发展的消费类电子领域对高效率、高频率和高功率密度的AC/DC电源需求迫切。作为研究热门之一的ACF变换器在传统反激变换器的基础上,实现零电压开关保证高效率,并与Ga N器件结合实现高频率。然而目前该变换器在动态性能与效率及稳定... 详细信息

蓬勃发展的消费类电子领域对高效率、高频率和高功率密度的AC/DC电源需求迫切。作为研究热门之一的ACF变换器在传统反激变换器的基础上,实现零电压开关保证高效率,并与Ga N器件结合实现高频率。然而目前该变换器在动态性能与效率及稳定性上还存在优化的空间。本文的研究基于数字控制Cr CM的ACF变换器,内容如下:第一,研究高频ACF变换器的动态性能。因为Cr CM谐振的完整性,其不适用CCM小信号建模方法,故引入钳位电容电压,精确描述Cr CM的谐振过程,并推导出Cr CM小信号模型。其次,根据传递函数的特点选择数字补偿器,并求解参数。此外,为降低数字延时,权衡ADC采样延时与精度的关系;为提升程序运行效率,明确主程序和中断的职能,优化中断触发条件。第二,研究高频ACF变换器的效率及稳定性。现有ACF变频控制需采样高频信号,采样难度高且控制环路复杂,故本文提出高效且控制简单的自适应变频控制。首先,为保证样机以最优频率工作,推导Cr CM周期模型,结合实验数据,精确求解模型参数。其次,为提升样机轻载效率,本文设计自适应轻载控制,并解决输出电流精确采样问题。稳定性优化上,为避免采样信号间的干扰,合理配置双ADC采样通道与队列;为提高模式切换的稳定性,优化软启动与自适应变频的切换。第三,研究高频ACF变换器频率响应数据的测试。本文使用添加PRBS扰动的测试方案,在优化过程中,添加预加重、去加重、截断处理、曲线平滑处理等环节,获得相对平滑且准确的频率响应数据。该方案适用于数字开关电源,对仪器依赖性小,应用前景广阔。基于上述研究,本文所设计的控制方案在输入100 VAC～220VAC,输出19.5V/0.33A～3.3A的样机平台上进行了验证:(1)采用动态性能优化方案后,半载和满载间切换的平均调节时间为455μs,超调量为9%,较优化前提升25.8%和40%,动态性能提升明显。(2)采用效率优化方案后,满载下峰值和平均效率为91.6%和90.3%,10%负载下峰值效率为74.4%,较优化前有1%、2.4%和25%的提升,效率优化效果明显。

关键词： ACF变换器临界导通模式数字补偿器自适应变频轻载模式频率响应

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同步整流Boost变换器中过零检测电路的设计

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南京邮电大学学报（自然科学版） 2019年第1期39卷 68-73页

作者：黄莹夏晓娟南京邮电大学电子与光学工程学院江苏南京210023 南京邮电大学射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室江苏南京210023

为了减少同步整流Boost变换器在轻载模式下电流倒灌现象的发生,设计了一种新型的过零检测电路,以检测电感续流为零所用时间为依据判断电感电流是否为零,从而及时关闭同步整流管,有效限制电感电流的倒灌。基于0.35μm CMOS工艺进行设计... 详细信息

为了减少同步整流Boost变换器在轻载模式下电流倒灌现象的发生,设计了一种新型的过零检测电路,以检测电感续流为零所用时间为依据判断电感电流是否为零,从而及时关闭同步整流管,有效限制电感电流的倒灌。基于0.35μm CMOS工艺进行设计及仿真验证,电感电流在4.4 mA时同步整流管关闭,且静态功耗仅为2μA。应用于一款PFM控制模式的同步Boost变换器芯片,经流片后测试,电感电流稳定,倒灌电流很小,性能优良。

关键词：过零检测同步整流 Boost变换器轻载模式

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开关耦合电感Boost变换器的电流断续工作模式（DCM）研究

开关耦合电感Boost变换器的电流断续工作模式（DCM）研究

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作者：秦玉莲青岛理工大学

学位级别：硕士

由于光伏、燃料电池等新型能源的广泛应用,各种高升压增益变换器得到业界广泛关注。本文研究一种基于开关-耦合电感的高增益Boost变换器(High Step-up Boost Converter with Switch-Coupled Inductor(简称HSBCSCI)),其相较于传统的升压... 详细信息

由于光伏、燃料电池等新型能源的广泛应用,各种高升压增益变换器得到业界广泛关注。本文研究一种基于开关-耦合电感的高增益Boost变换器(High Step-up Boost Converter with Switch-Coupled Inductor(简称HSBCSCI)),其相较于传统的升压变换器大大提高了变换器的升压比,而且其特殊的电感结构有效的缓解了传统升压变换器的耦合电感的电流应力。箝位二极管通过转移漏感能量从而提高了变换器的转换效率。论文对HSBCSCI变换器在连续导通模式(Continuous Conduction Mode,CCM)的特性进行了阐述,分别介绍了变换器CCM的工作原理、工作过程、升压比、电压电流关系以及工作效率。重点研究了电路在不连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)的工作情况。运用状态空间平均法建立了HSBCSCI的DCM动态模型,研究了变换器的工作原理、推导出各部分之间电压关系等;探讨了影响变换器在得DCM时电路效率的各种因素。研究了考虑耦合电感寄生电阻、开关管导通压降等寄生参数时的电路性能,为定量设计变换器主电路打下基础,该部分属于电路的稳态分析部分。在稳态分析的基础上,对变换器在DCM工作时的动态性能进行了研究。分别进行了电路的动态建模、工作模式分析、以及小信号等效等理论分析,基于小信号模型分析,设计了变换器闭环反馈控制,实现动态调节,从而保证变换器的稳定性和准确性。最后,对HSBCSCI进行了基于Saber软件的电路仿真和实验室2.49W样机验证,证明了电路的可行性与可靠性,仿真和实验得出的数据与图表基础的支撑使得论文的理论分析更加具有说服力。

关键词：开关耦合boost 轻载模式闭环控制仿真及实验

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高可靠性同步整流控制技术的研究与实现

高可靠性同步整流控制技术的研究与实现

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作者：鲁信秋电子科技大学

学位级别：硕士

在开关电源中,效率的提高是一个比较关键的研究问题。近年来,开关电源逐步向低压大电流的方向发展,开关电源的主要损耗来自于整流损耗,采用通态电阻低、正向导通压降小的功率MOSFET代替传统的肖特基二极管或快恢复二极管作为整流器件,... 详细信息

在开关电源中,效率的提高是一个比较关键的研究问题。近年来,开关电源逐步向低压大电流的方向发展,开关电源的主要损耗来自于整流损耗,采用通态电阻低、正向导通压降小的功率MOSFET代替传统的肖特基二极管或快恢复二极管作为整流器件,可大幅度降低整流的损耗,提升开关电源的效率。本文设计了一款可应用于隔离型开关电源如:反激、LLC谐振等电路拓扑的同步整流控制芯片,外围应用电路结构简单、所需元件少。MOSFET与二极管工作原理的不同使得其在驱动控制方面较二极管更为复杂,双向导通特性使得其在工作过程中需要在栅极施加合适的驱动时序,且具有足够的电流驱动能力。本文采用电压自驱动方式来驱动同步整流管(SR),通过合理的设计开启关断检测点以及内部子模块电路,提高其应用拓扑电路的效率。该控制芯片可应用在连续导通(CCM)和断续导通(DCM)两种工作模式,开启检测点为-150mV,DCM关断检测点为-5mV,CCM模式下采用电容耦合快速关断的方式,电路结构简单。在同类型芯片的基础上,本文中增加了防伪开启与关断判断机制,通过最小导通时间(Minimum On-Time)与最小关断时间(MinimumOff-Time)电路完成对SR管开关瞬间由于寄生电感、电容以及变压器漏感造成Vds电压扰动造成的误触发信号进行屏蔽,保证系统能够可靠的工作,屏蔽时间通过外部电阻可调,以满足不同应用拓扑电路的需求。进一步利用最小导通电路时间TON与SR管导通时间比较判断系统是否进入轻载,轻载模式下SR管不导通,体二极管导通,以优化轻载下应用拓扑电路的效率。本文首先介绍了同步整流管的工作原理,其损耗分析以及关键技术参数,接着对比介绍了同步整流的几种驱动方式的优缺点、常见拓扑电路的应用范围。最后介绍了本文设计的控制芯片的工作原理以及系统架构分析,同步整流电路设计中涉及到的关键技术问题,内部子模块电路设计与仿真分析。本文基于0.5μm BCD工艺模型完成了子模块电路的设计仿真以及芯片整仿验证。流片结果显示,该控制芯片达到预期设计目标。

关键词：同步整流电压自驱动最小导通最小关断轻载模式

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适用于Flyback变换器的同步整流控制器的设计

适用于Flyback变换器的同步整流控制器的设计

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作者：张文林电子科技大学

学位级别：硕士

随着高速超大规模集成电路快速发展,半导体器件尺寸不断减小,功耗不断降低,因此要求的供电电压也越来越低,输出电流则越来越大,在低压、大电流的输出环境下,DC/DC变换器中传统的二极管整流方式已经不适用。同步整流技术(Synchronous Rec... 详细信息

随着高速超大规模集成电路快速发展,半导体器件尺寸不断减小,功耗不断降低,因此要求的供电电压也越来越低,输出电流则越来越大,在低压、大电流的输出环境下,DC/DC变换器中传统的二极管整流方式已经不适用。同步整流技术(Synchronous Rectification,SR),是指利用低导通阻抗的功率MOSFET代替传统的整流二极管来实现整流的一种技术。从上世纪末期开始,得益于MOSFET技术的大幅进步,同步整流技术被引入到开关电源中,降低了整流部分的损耗,提升了开关电源的效率。基于现有的电压型自驱动同步整流技术方案,本文提出了一种适用于反激变换器(Flyback Converter)的同步整流控制电路,完成了电路架构的设计,并对芯片子电路进行了设计与验证。针对断续模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM),设计了翻转阈值极小的关断比较器,通过“先消除随机失调再加入固定失调”的方式实现了非常接近零的负电平检测。测试结果表明,关断检测器大大延长了退磁时间内同步整流沟道导通时间,缩短了体二极管导通时间,有效地减小了导通损耗,提升了整流效率。同时加入了同步关断比较器(SYNC Comp),让芯片能够适用于连续模式(Continuous Conduction Mode,CCM)下工作,拓宽了同步整流芯片的应用范围。并且引入了轻载模式,提升了系统在轻载模式下的整流效率。设计了时延小的开启检测器,控制同步整流管的开启,减小了开启阶段体二极管导通时间。加入了振铃/重置检测器,检测每个开关周期的起始点,同时检测振铃的产生,开启TOFF Blanking计时,防止死区时间内同步整流管误开启。完成了基准源电路的设计,为内部子模块提供参考电压或偏置电流。电路基于0.5μm BCD工艺进行了仿真验证,并且进行了流片、封装,最后搭载在Flyback变换器系统中进行实体测试,测试结果表明本文设计的同步整流控制芯片能很好地驱动Flyback变换器的副边同步整流管,相比传统的二极管整流方式,提高了同步整流效率,并且芯片的各个模式下的功能得到了完整的验证。

关键词：同步整流电压检测自驱动 DCM/CCM双模式轻载模式

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一种宽输入范围高频应用下的buck变换器设计

一种宽输入范围高频应用下的buck变换器设计

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作者：高笛电子科技大学

学位级别：硕士

随着通信、汽车电子、航空航天的高速发展,高可靠性、宽应用范围的高性能电源需求越来越大。宽输入范围宽频工作的buck变换器能够更好地适应严苛复杂的工作环境。本文通过对业界两种流行的控制模式进行详细的对比分析发现,峰值电流模式... 详细信息

随着通信、汽车电子、航空航天的高速发展,高可靠性、宽应用范围的高性能电源需求越来越大。宽输入范围宽频工作的buck变换器能够更好地适应严苛复杂的工作环境。本文通过对业界两种流行的控制模式进行详细的对比分析发现,峰值电流模式在输出精度、低EMI(Electromagnetic Interference:电磁干扰)特性和抗噪声干扰能力方面更胜于COT(ConstantOn-Time:恒定导通时间)控制模式,因此,在需要低EMI、高可靠性且负载为2A的应用条件下,峰值电流模式更适合作为宽输入范围buck变换器的控制模式。但由于峰值电流模式存在最小负载限制和较低的轻载效率,因此需要设计额外的轻载模式。本文对buck变换器的功耗构成进行了详细分析,在重载下明确最高导通损耗,在轻载下需要减小开关频率与静态功耗以提升全负载的转换效率。根据以上的控制模式选择和效率分析,本文基于0.35μmBCD工艺完成了功率管的参数设计和版图设计。设计了一种高速低功耗的驱动电路,其中包括一种脉冲式的高压电平位移电路,在全工作电压内满足5ns以下的延迟时间,且可有效降低30%的驱动损耗。设计了一种具有自压差检测功能和自带欠压保护的自举电路,解决一般自举电路在长期轻载情况下无法充电的问题。设计了双轻载模式,包括高效率的突发模式和低输出纹波的跳周期模式。设计了一种可调频、降频、模式选择、时钟同步的多功能振荡器。在考虑键合丝寄生参数的影响下,本文对宽输入buck变换器进行了系统级仿真,负载瞬态响应造成的下冲电压和过冲电压为160mV,恢复时间为40μs。在输出3.3V的情况下,效率在63%到92%之间。并对超低占空比下的双轻载模式进行了仿真验证,对超高频2.4MHz应用进行了仿真验证,功能均显示正常。将所有电路划分为功率模块、数字模块和敏感模块并完成版图设计。采用三种方案以完成低EMI的板级设计,包括在输入端加入EMI滤波器、在SW端加入RC吸收电路、减小高di/dt的环路面积,采用六层板进行布线以减少噪声干扰,最终拟通过陶瓷封装完成15mm×9mm×5.5mm的高可靠性、低EMI、宽输入范围高频应用的buck变换器模组。

关键词：宽输入范围低EMI 高速低功耗轻载模式电源模组

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低功耗同步BUCK芯片过零检测电路的设计与实现

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内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版） 2017年第6期46卷 825-828页

作者：沈萍广西职业技术学院广西南宁530226

在轻载模式下,传统过零检测电路会出现"电流倒灌"现象,为了获得性能更优的开关电源变换器,设计了一种低功耗同步BUCK芯片过零检测电路.首先通过电压门限采集和温度补偿提高放大电路的稳定性,大幅度降低"电流倒灌"... 详细信息

在轻载模式下,传统过零检测电路会出现"电流倒灌"现象,为了获得性能更优的开关电源变换器,设计了一种低功耗同步BUCK芯片过零检测电路.首先通过电压门限采集和温度补偿提高放大电路的稳定性,大幅度降低"电流倒灌"现象出现的概率,然后采用边沿隐匿电路避免出现电路切换误触发操作,最后采用仿真实验对其性能进行测试与分析.结果表明,当温度处于-40~120℃时,电路的负阈值门限为0.1mV,提高了BUCK转换器的效率和系统的检测精度,而且系统功耗非常低,保证了开关电源工作的稳定性.

关键词：过零检测电路轻载模式 BUCK芯片温度补偿

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