内置开关管高效率DC-DC开关电源研究-论文

DC-DC开关电源是一种在电力电子领域中广泛使用的技术，它的作用是将一个直流电压转换为另一个直流电压，并且能够高效地进行电能管理。随着现代电子设备对于电源的性能要求越来越高，例如小型化、轻量化以及高效率等，DC-DC开关电源正被赋予了新的使命。 在介绍具体知识点之前，我们首先要了解以太网供电（PoE）、电动汽车、医疗等系统的需求。这些系统通常需要较高电压的电源（48V及以上），例如以太网供电（PoE）在一些应用中可能需要48V，而其他的应用，比如路由器、IP摄像头、小型网络集线器则通常需要12V供电。但是一般的直流电源提供的都是36V以下的安全电压，因此需要通过直流升压转换方案来实现5-48V之间的电压转换。 DC-DC开关电源的核心在于内置开关管的设计，它的工作原理基于电感和电容的充放电原理，通过开关器件的导通与截止来实现电压的升压或降压。其中，开关器件的动作频率可以通过PWM（脉冲宽度调制）或PFM（脉冲频率调制）模式来控制，以达到稳定的电压输出。而本论文中研究的高效率DC-DC开关电源，使用了峰值电流模式的PWM控制，并且通过芯片搭建的升压型电路，实现了高达90%以上的转换效率。 开关电源的升压型稳压器（Boost）和降压型稳压器（Buck）是两种最典型的非隔离式拓扑结构。Buck电路在开关管导通时给电感充电，并在开关管截止时利用电感的电流继续供电，从而维持输出电压的稳定。而Boost电路则通过储能元件（电感）在开关管导通时储存能量，开关管截止时释放能量以提高输出电压。 PWM和PFM是两种主要的控制策略，其中PWM通过改变开关管的导通时间比例（占空比）来控制输出电压，具有较高的负载效率和较小的纹波噪声。PFM则通过改变开关频率来调节输出电压，其优点在于静态功耗较小，在轻载环境下效率较高。 此外，电源管理是现代电子系统设计中的一个关键环节。它涉及到了芯片系统能量的合理分配，旨在减少不必要的能量损耗，提升电源的利用效率。这对于现代电子产品趋向于“小、轻、薄”的发展趋势尤为重要。 文章中提到的峰值电流模式，是一种电流控制策略，可以进一步提升开关电源的性能。这种模式下，PWM控制器会根据电感电流的峰值来控制开关器件的导通和截止，从而实现快速的负载变化响应。 在实现高效率和高功率密度的DC-DC开关电源设计中，需要考虑的因素包括功耗管理、电路拓扑选择、控制策略应用、以及热管理等。这些因素相互关联，共同影响着开关电源的性能和效率。在设计时需要综合考虑，以实现最佳的电源性能。 整体上，本论文介绍的研究内容对于理解和设计高性能的DC-DC开关电源具有重要意义，特别是在需要高效率转换和严格电源管理的场景中，具有较高的实用价值和研究价值。