基于LM2577-ADJ集成芯片的DC-DC电源升压器的设计与研究-文献综述

第1页文献综述1.课题背景在如今的生活中，形形色色的电子设备越来越多，与人们的工作、生活的关系也日益密切。而电源有如人体的心脏，是所有电子设备的动力，因此电源系统的稳定性对于整个系统具有决定性的意义，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源。因此，电源越来越受到人们的重视，人们对电源的要求也越来越高。经济建设和社会生活各个方面的发展都会促进电源产业的发展。2.研究目的与现状2.1.研究目的和意义现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关电源两大类。所谓线性稳压电源，就是其调整管工作在线性放大区，开关稳压电源的调整管工作在开关状态。传统的稳压电源虽然具有稳定性能好，输出纹波电压小，使用可靠的有点，但其通常需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器，并且功耗较大，电源率低。相对的，DC-DC开关电源就可以适应现当代的电子设备对电源的要求，达成电子设备对电源的发展需求。其功耗小，效率可高达70%-95%。散热器的体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的30%）、效率高（线性电源只有40%)，自身抗干扰能力强、输出电压范围宽、模块化等优点，又提高了整机的稳定性和可靠性，对电网的适应能力也有较大的提高。但也存在一些缺点；在隔离型开关电源中，由于逆变电路中会产生高频电压，对周围设备有一定的干扰，需要良好的屏蔽及接地。目前，各种便携式电子产品，如随身听、CD/MP3、照相机、摄像机、录像机、个人数字助理、手机等，已普遍采用电池供电（1.5/3V/3.6V）。电池供电逐渐成为主要的趋势。而几乎在所有的便携式电子产品中，系统中各类器件对电源电压有着不同的要求。处理器核常用的电源是1.1V，存储器要用2.5V和3.3V的电源，CompactFlash或USB等拓展口所有的电源为5V，而LCD偏压或白光LED显示背光电路要求20V-30V的电源。要维持系统各器件正常工作，必须依靠DC-DC转换电路来实现。针对便携式产品的特点，如何设计可靠性好、体积小、重量轻、转化效率高（能延长电池的寿命）的电源转换电路成为便携式产品设计的重要任务。2.2.研究现状与存在的问题DC-DC开关电源技术是分布式开关电源的关键技术，被誉为高效节能电源。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。开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达80%-90%，特别是目前便携式设第2页备市场需求巨大，DC-DC开关电源的需求也越来越大，性能要求也越来越高，而DC-DC开关电源的设计也更具挑战性。2.2.1研究现状国内开关电源技术的发展基本上起源于20世纪70年代末和80年代初。当时在高等院校和一些科研院所停留在试验和教学阶段。20世纪80年代中期开关电源产品开始推广和应用。它的特点是采用20KHZ脉宽调制（PWM）技术，效率可达65%-70%。目前，DC-DC开关电源的功率密度可达到7.3W/cm3（每立方英寸120W）。当今的软开关技术在DC-DC开关电源的应用使得DC-DC开关电源发生了质的飞跃。国外自20世纪90年代以来，开关电源的发展更是日新月异。许多新的领域和新的要求又对开关电源提出了更新更高的挑战。如果从一个开尖电源的输入和输出端口观察，可以发现输入的要求变得更严了，不符合IEC1000-3-2标准的产品将陆续被淘汰。也正是这样的外界条件推动了开关电源的有源功率因数校正技术和低压大电流高功率DC-DC变换技术成为了当今电力电子领域的研究课题。如今美国VICOR开关电源公司设计制造的多种ECI软开关DC-DC变换器，效率为：80%-90%。日本NEMICIAMBDA公司最新推出的采用软开关技术的高频RM系列开关电源模块，采用同步整流器，使整个DC-DC开关电源电路的效率提高到90%。2.2.2存在的主要问题如今开关电源已逐渐取代线形电源，当然线性电源因为其低噪声、低纹波的有点，在一些电子测量仪器、取样保持电路中，线性电源仍然无法被开关电源取代。因此DC-DC开关电源存在以下几个方面的问题：（1）可靠性低：开关电源比线性电源使用的元器件多数十倍，因此降低了可靠性。（2）元器件损耗强：随着开关频率的不断提高，开关元件和无源元件损耗增加。（3）噪声大：开关电源的高频化，使得其噪声也增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以高频化，有可以降低噪声。但谐振转换技术也有其难点，如很难准确控制开关频率、谐振时增大了器件负荷、场效应管的寄生电容易引起短路损耗、元件热应力转向开关管等问题难以解决。（4）高频电磁干扰：开关电源在高频下工作，噪声通过电源线产生对其它电子设备的干扰，研究开发抗电磁干扰的开关电源日益西显得重要。3.课题途径及步骤本课题主要工作是DC-DC升压电源模块的设计，主要完成以下工作。第一章为总体绪论：先说明了本次论文的设计目的及意义，而后介绍了开关电源的第3页发展及发展趋势，最后对本文总体结构进行了说明；第二章对DC/DC电源升压器的基础知识进行了详细的介绍，所用到的元器件以及Boost的升压原理等；第三章对DC/DC电源升压器的一个整体构进行了一个说明，包括用到的芯片，回路组成，工作原理，元器件参数计算等以及DC/DC电源升压器工作模式的介绍和分析；第四章对硬件进行了调试，测试一系列的数据；第六章是对整篇论文的一个总结。4.可能遇到的问题及应变措施问题：对于BOOST电路的了解不多，对电路原理的理解不够深刻。拟采取措施：在网上学习BOOST电路的工作原理，并查阅相关资料，进一步对电路的工作方式以及原理研究。问题：元器件参数值定义不当，导致无法达到理想的结果。拟采取措施：仔细研究电路原理图，弄清楚各个部分的算法，也可以通过自行改变元件的参数，观察电压等参数的变化来更深刻地理解电路。问题：调试过程中出现信号干扰。拟采取措施：在进行电路布线时要注意元器件的布局，以免信号之间相互干扰。第4页参考文献1韩彬,景占荣,高田.BOOST电路的PSPICE仿真分析J.微型电脑应用,2006,01:11-12.2侯清江,张黎强,许栋刚.开关电源的基本原理及发展趋势深析J.制造业自动化,2010,09:160-162.3孙铁成,王高林,汤平华,张学广.基于数字信号处理器控制的新型全桥移相式零电压零电流开关PWMDC-DC变换器J.中国电机工程学报,2005,18:46-50.4孙楚,梁金义,基于MULTISM的BUCK-BOOST电路仿真J.信息通信,2011,05:37-38.5李鹏飞,蒋赢,陈宗祥,潘俊民.一种新型BOOST变换器J.电力电子技术,2008,11:37-39.6赵涛,姜卫东.利用PSPICE仿真分析PWM控制电路J.安徽大学学报,2005,05:52-55.7杨文荣,庄良波.1-V直流升压转换器的启动电路设计J.微计算机信息,2009,05:268-269.8张少朋,吴学舜,彭忆强.升压电路控制参数对升压电压恢复