高频降压变换器的输出纹波分析

引言 同步降压型开关电源具有输出电流大、效率高等优点,非常适合电池供电、注重效率的便携式电子产品,如:笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、数码相机(DSC)、手机等.为了适应市场需求,零部件模块的体积愈来愈小,为达到这一要求,电源变换器可通过提高开关频率减小对电感和电容的需求,达到缩小体积的目标.     

一种提高单电感双输出升/降压型转换器轻载效率的设计策略

为了提高单电感双输出升/降压型直流-直流转换器在轻载下的效率,设计实现了适用于不同转换条件的非连续导通模式(DCM)功能和脉冲频率调制(PFM)控制。前者降低了电感电流的均方根值,减少了导通损耗;后者降低了开关频率,减少了开关损耗。详细分析了在PFM控制下转换器的驱动能力、电感电流纹波和输出电压纹波之间相互制约的关系,并采取了一种可以由两路任意升/降压输出灵活复用的自适应导通时间控制方法。经0.25μm 2P4M CMOS混合信号工艺流片验证,测试结果显示DCM和PFM时序与设计方案吻合,各种转换条件下输出电压纹波在40~70 mV。通过比较发现,对轻载效率的提升可以达到30%以上。     

单片集成直流-直流转换器的效率提高方法

采用SMIC 0.13μm CMOS工艺,设计实现了开关频率达到250 MHz,单片集成的降压型电源转换器。为了提高电源转换效率,该转换器中的片上电感采用非对称性设计方法,提高了电感的品质因数。采用了高密度片上滤波电容来稳定输出电压,同时对单位电容尺寸的优化设计减小了电容的等效串联电阻以及输出电压纹波。测试结果表明,芯片输入电压为3.3 V,当输出2.5 V电压时,峰值效率达到了80%,最大输出电流达到270 mA;当输出1.8 V电压时,峰值效率达到了70%,最大输出电流达到400 mA。     

Buck-Boost变换器的能量传输模式及输出纹波电压分析

根据电感电流最小值与输出电流的比较,将Buck-Boost 变换器的能量传输模式(ETM)分为完全电感供能模式(CISM)和不完全电感供能模式(IISM),得出了CISM和IISM的临界条件和临界电感.将电感电流最小值与零和输出电流进行比较,得出Buck-Boost 变换器存在三种工作模式,即CISM、不完全电感供能且连续导电模式(IISM-CCM)和不完全电感供能且不连续导电模式(IISM-DCM).推导出了变换器工作于三种模式时的输出纹波电压表示式,指出对于给定负载、电容和开关频率的Buck-Boost变换器,CISM的输出纹波电压最小且与电感无关,而IISM-CCM和IISM-DCM的输出纹波电压较大且随电感减小而增大.CISM和IISM的临界电感即为使得变换器的输出纹波电压最低的最小电感.文中给出实例,实验结果与理论分析一致,但因未考虑器件参数输出纹波电压略高于理论分析值,实验结果验证了理论分析的正确性.     

模拟电流模式(ECM)控制的集成降压稳压器

本文介绍了降压稳压器基础、电流模式控制的操作、模拟电流模式控制的操作以及散热问题。最后,讨论了回路补偿设计的方法,并给出了降压-升压应用的实例。降压稳压器基础图1给出了降压稳压器的典型电路,包括功率管电流、续流二极管电流以及电感电流。图中忽略了功率管、续流二极管、电感等寄生电容,以及输出电容的ESR。这样有利于获得降压稳压器的一些关键特性,包括非绝缘接地、输出纹波电流以及高输入纹波电流,高端(浮动)门驱动电路等。     

一种具有快速瞬态响应、小交调影响和纹波的基于次级纹波控制的单电感多输出电路

提出了一种主回路采用峰值电流型控制、次回路采用纹波控制的新型单电感多输出降压型开关电源的设计。这种设计,使单电感多输出的控制回路变得简单,同时也使瞬态响应速度变快,交调影响和纹波变小。其开关频率为2 MHz,两路输出分别为1.8 V和1.2 V,两路负载范围为0～200 mA,实现了全负载可以正常工作。在考虑了各种寄生参数的后仿真条件下,一路负载为200 mA,一路负载从50 mA变化到200 mA,瞬态响应速度小于3μs,交调影响小于0.05 mV/mA,纹波小于30 mV,峰值效率可以达到91%。该芯片已经在CHART 0.18-μm CMOS工艺上设计实现,正在流片验证。     

一种新型基于二次型Buck变换器的交错并联LED驱动电源

为了减小输出电流纹波,提出了一种基于二次型Buck变换器的交错并联LED驱动电源。主电路由一个二次型Buck变换器和一条新增支路构成,这条新增支路包括一个开关管、二极管、电感和电容,优化了原有的拓扑结构,实现了高功率因数和恒流输出。采用交错并联技术,有效减小了滤波电感和输出电流纹波,纹波大小仅为输出电流峰峰值的0.18%。最后通过实验样机详细验证了理论分析的正确性。     

基于LM5175的Buck-Boost车用开关电源设计

针对一款应用于新能源汽车的电机驱动控制器,设计了一种基于TI公司的电源芯片LM5175的4开关Buck-Boost开关电源。根据车载情况对电源的要求确定输入输出电压范围、电流范围、开关频率,进而选择合理的输入输出电容、电感、MOSFET等元器件,完成了电源芯片外围电路的搭建。绘制开关电源系统的伯德图对开关电源的工作稳定性进行分析,优化开关频率等参数。通过相同负载不同输入电压和相同输入电压不同负载的两组实验验证,开关电源可稳定输出目标电压以及开关电源效率。     

一种高效率大电流的DC-DC降压电源设计

设计了一款宽输入电压、高效率、低纹波的直流-直流(DC-DC)稳压电源。该稳压电源输入电压范围为15V~25V,输出电压5V,最大输出电流2A,且瞬态响应速度快、纹波电压小,电路设计简单、体积小。根据开关电源原理,通过计算的方式选择了电感、输入输出电容、开关管参数,为简化设计并提高性能合理选择了控制电路。自制PCB并调试,通过测试来验证理论设计。     

LTC1709低成本高效42A电源变换器

前言 LTC1709-8/LTC1709-9是PolyPhase(TM)两相电流模式控制器,用来驱动不同相位的两个同步降压式开关稳压器。这种两相结构能减少输入和输出电容器的数量而不提高开关频率。相当低的开关频率和集成大电流MOSFET驱动器有助于为低电压、大电流应用提供高的电源转换效率。由于该电路抵消了输出纹波电流,所以可使用数值较小的电感器,从而加快了负载瞬态响     

四级交错单相有源功率因数校正器的研究

在家用变频空调等应用中,功率因数校正器(PFC)的功率等级越来越大。多级交错PFC可以有效地降低电源纹波电流,简化电感设计和提升系统效率。文中在描述这种PFC单周期控制原理基础上,提出了一种基于IGBT电流的电流合成方法,分析了四级交错并联PFC中IGBT占空比与纹波电流关系、输出滤波电容纹波电流和开关频率调制原理,并采用Matlab/Simulink进行了全面的仿真分析。为验证理论分析和仿真分析,基于RENESAS最新推出的模拟控制器R2A20104,设计和实现了额定输出功率8.0kW的四级交错PFC。结果表明,采用单周期控制、电流合成原理实现并联交错有源PFC是可行的,具有很好的输入端纹波电流抑制效果,且电感设计简化,并能提升系统效率。     

凌特公司让降压型稳压器效率再推升

凌特公司(LinearTechnology)推出高效率2.25MHz(或1.5MHz)同步降压型稳压器LTC3448,以及采用3mmx3mmDFN-10封装的600mA、高效率、电流模式降压型稳压器LTC3447。具L D O模式同步降压提供低噪声运作该器件能提供高达600mA的持续输出电流。它以两种模式工作:当输出电流高于3mA时,它以2.25MHz的恒定频率切换;如果输出电流降至3mA或更低时,它自动转换到仅消耗32μA静态电流的非常低噪声LDO模式。该器件在开关模式时输出纹波低于5mVP-P,在LDO模式时保持低噪声,非常适用于手持无线应用等低噪声应用。LTC3448采用电流模式架构,工作…     

一种宽负载高效率Buck转换器设计

本文提出了一种双模式调制技术,以提高宽负载范围内降压型DC-DC转换器的转换效率。采用自适应导通时间电路(AOT)和斜坡信号V_RAMP产生电路来维持转换器连续导通时间(CCM)工作模式下开关频率基本稳定;利用过零检测电路来检测电感电流,当电感电流过零时,能及时关断续流管,降低开关损耗,进一步提升轻载转换效率。该DC-DC基于SMIC 0.18 um BCD工艺进行电路仿真验证,该电路可在0～3A宽负载范围内正常工作,在输入电压3～5V范围内,PFM模式下输出电压纹波小于5.2mV,1m A负载下转换效率为87.37%。在PWM模式下输出电压纹波小于2.8mV,3A负载下最低转换效率为84.24%。峰值效率可达94.91%,全负载范围内转换效率大于84%。     

陶瓷电容在DC-DC转换器中的应用

DC -DC转换器开关频率的提高允许采用越来越小的外部元件(MaximIntegratedProductsInc)。在传统设计中 ,一般采用钽电容作为开关电源的外部电容 ,事实上 ,新型陶瓷电容在许多开关电源中可以获取同等指标 ,并达到同样的设计目的 ,而且 ,用陶瓷电容替代钽电容可节省系统成本、同时又能减小系统尺寸。本文通过计算结果表明 :陶瓷电容用于正激和反激电路拓扑中是完全可以接受的。当然 ,它更适合低功率转换器的应用 (输出电流低于1A)。一般情况下 ,选择电容时主要考虑以下几个参数 :电容值(C)、等效串联电阻 (ESR)、等效串联电感 (ESL)、…     

一种应用于48V-1V系统的隔离型混合模式降压变换器

提出了一种应用于48 V-1 V系统的隔离型混合模式降压变换器,利用飞电容和变压器实现高转换比应用下的高转换效率。混合变换器结合了开关电容变换器和开关电感变换器,其中飞电容承担了部分电压降,实现了功率开关管电压应力的降低。由于开关节点处的电压摆幅较小,开关损耗随之减小;通过使用更低压的功率开关管,实现功率开关管导通损耗减小。在此基础上,隔离型混合模式降压变换器通过时序控制可以实现软开关,进而实现功率开关管开关损耗减小,使得整体效率提升。在隔离型混合模式降压变换器中,飞电容还具有隔直电容的作用,可以防止变压器偏磁。在典型应用下,即在48 V输入电压、1 V输出电压、500 kHz开关频率下,峰值效率为94.84%。     

高效大电流低压差线性稳压电源

一般来说,开关型DC/DC变换器转换效率高,输入电压范围宽(指降压式),其缺点是输出纹波电压大(一般有几百mV);而线性稳压器其转换效率较低,但电路简单、成本低,并且输出纹波电压小(一般几十到几百μV)。近年来各半导体器件公司开发出各种低压差(LDO)线性稳压器,其效率不断上升。如果选用合适的器件,其效率可以与开关电源相差不多。这里将举例说明。     

基于PSpice的开关电源瞬态特性及参数分析

为确定开关电源元件参数,对Buck型开关稳压电源电路具体工作原理和各部分功能进行详细分析,并建立实时仿真模型。根据所建立的数学模型,利用电路分析软件PSpice进行瞬态特性分析,得到开关电源输出电压和电感电流的瞬态响应特性;对滤波电容的等效串联电阻（ESR）进行参数分析,分析了电容退化对输出纹渡电压的影响,为开关电源的故障诊断与故障预测提供了新的思路。     

基于准谐振型软开关的高频开关电源变换器

传统高频开关电源变换电路采用硬开关技术,电路功耗大,承受电压、电流应力高。为了克服硬开关技术中开关管在有电流通过的情况下被强制关断,有电压情况下被强制导通而带来的各种不利因素,采用准谐振型软开关技术,即零电流开关（ZCS）准谐振变换器、零电压开关（ZVS）准谐振变换器,由电感、电容组成谐振回路,利用电感、电容之间的能量交换,使主开关管在零电压下导通或零电流下截止,达到了减少开关损耗及电磁干扰的目的。软开关技术在新型开关电源中广泛采用。     

电源与调节器件

凌特双输出降压型同步开关控制器凌特公司(L i n e a rTechnology)推出双输出降压型同步开关控制器LTC3828,该器件具有用于多电压轨排序的集成跟踪功能以及用于精确同步和多相(PolyPhase(r))工作以降低输入电容的锁相环(PLL)。LTC3828具有独特的能力,能以菊花链方式链接多个LTC3828或其它DC/DC转换器,以跟踪两个以上的电压,同时工作在3、4或6相。该集成电路具有恒定的550kHz频率电流模式架构,还能锁定到260kHz至550kHz的时钟上以降低敏感频率上的EMI。LTC3828用于将4.5V至28V(30VMAX)的输入电压转换成两个稳定的输出电压,这两…     

同步整流Buck变换器的损耗分析

文中在以往只粗略计算电感损耗、电容损耗及开关损耗的基础上,以一款低电压大电流同步整流降压变换器为例,详细分析了各个元器件上功率损耗,包括电感上的铜损与铁损,电容等效串联电阻的损耗,MOSFET上的开关损耗、导通损耗、截止损耗、驱动损耗、寄生体二极管损耗等,从而得到直流降压变换器的整体损耗与实际效率。从效率曲线可以看出,变换器效率随着输出电流的增加而增加,并很快趋于饱和。而通过损耗分析可知,要降低损耗提高效率,尤其对于低电压大电流输出的降压变换器,不仅可以采用同步整流技术来降低导通压降,还可以根据各损耗所占比重大小选用更优元器件,如低直流电阻的电感,低导通电阻、低上升下降时间的NMOS管等。