基于降壓型PWM的DC-DC轉換器的控制方案

電源管理芯片實(shí)際上也是指具有自動(dòng)控制環(huán)路和保護電路的DC-DC變換芯片，是開(kāi)關(guān)電源的核心控制芯片。電源管理芯片在90年代中后期問(wèn)世，由于替換了大部分分立器件，使開(kāi)關(guān)電源的整體性能得到大幅度提高，同時(shí)降低了成本，因而顯示出強大的生命力。

我國開(kāi)關(guān)電源起源于1970年代末期，到1980年代中期，開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品開(kāi)始推廣應用。那時(shí)的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品采用的是頻率為20 kHz以下的PWM技術(shù)，其效率只能達到60%~70%。經(jīng)過(guò)20多年的不斷發(fā)展，新型功率器件的研發(fā)為開(kāi)關(guān)電源的高頻化莫定了基礎，功率MOSFET和IGBT的應用使中、小功率開(kāi)關(guān)電源工作頻率高達到400kHz(AC/DC)和1MHz(DC/DC)。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的出現，真正實(shí)現了開(kāi)關(guān)電源的高頻化，它不僅可以減少電源的體積和重量，而且提高了開(kāi)關(guān)電源的效率。目前，采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的國產(chǎn)開(kāi)關(guān)電源，其效率已達到93%。但是，目前我國的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)與世界上先進(jìn)的國家相比仍有較大的差距。

1.1 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展史

開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展歷史可以追溯到幾十年前，可分為下列幾個(gè)時(shí)期：1.電子管穩壓電源時(shí)期(1950年代)。此時(shí)期主要為電子管直流電源和磁飽和交流電源，這種電源體積大、耗能多、效率低。

2.晶體管穩壓電源時(shí)期(1960年代-1970年代中期)。隨著(zhù)晶體管技術(shù)的發(fā)展，晶體管穩壓電源得到迅速發(fā)展，電子管穩壓電源逐漸被淘汰。

3.低性能穩壓電源時(shí)期(1970年代-1980年代末期)。出現了晶體管自激式開(kāi)關(guān)穩壓電源，工作頻率在20kHz以下，工作效率60%左右。隨著(zhù)壓控率器件的出現，促進(jìn)了電源技術(shù)的極大發(fā)展，它可使兆瓦級的逆變電源設計簡(jiǎn)化，可取代需要強迫換流的晶閘管，目前仍在使用。功率MOSFET的出現，構成了高頻電力電子技術(shù)，其開(kāi)關(guān)頻率可達l00kHz以上，并且可并聯(lián)大電流輸出。

4.高性能的開(kāi)關(guān)穩壓電源時(shí)期(1990年代~至今)。隨著(zhù)新型功率器件和脈寬調制(PWM)電路的出現和各種零電壓、零電流變換拓撲電路的廣泛應用出現了小體積、高效率、高可靠性的混合集成DC-DC電源。1.2 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展展望

1.半導體和電路器件是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的重要支撐。

2.高頻、高效、低壓化、標準化是開(kāi)關(guān)電源主要發(fā)展趨勢：

1)低電壓化

半導體工藝等級在未來(lái)十年將從0.18微米向50納米工藝邁進(jìn)，芯片所需最低電壓最終將變?yōu)?.6V，但輸出電流將朝著(zhù)大電流方向發(fā)展。

2)高效化

應用各種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，包括無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，如ZVS/ZCS諧振、準諧振;恒頻零開(kāi)關(guān)技術(shù);零電壓、零電流轉換技術(shù)及目前同步整流用MOSFET代替整流二極管都能大大地提高模塊在低輸出電壓時(shí)的效率，而效率的提高使得敞開(kāi)式無(wú)散熱器的電源模塊有了實(shí)現的可能。

3)大電流、高密度化

4)高頻化

為了縮小開(kāi)關(guān)電源的體積，提高電源的功率密度并改善其動(dòng)態(tài)響應，小功率DC-DC變換器的開(kāi)關(guān)頻率已將現在的200～500kHz提高到1MHz以上，但高頻化又會(huì )產(chǎn)生新的問(wèn)題，如開(kāi)關(guān)損耗以及無(wú)源元件的損耗增大，高頻寄生參數以及高頻電磁干擾增大等。

5)在封裝結構上正朝著(zhù)薄型，甚至超薄型方向發(fā)展

2.降壓型PWM AC-DC開(kāi)關(guān)電源設計的基本要求

設計一款降壓型PWM AC-DC開(kāi)關(guān)電源，設計參數如下：

輸入參數：

1.輸入交流電壓：?jiǎn)蜗郃C220V

2.輸入電壓變動(dòng)范圍： 20%

3.輸入頻率：50Hz 2Hz輸出參數：

1.輸出直流電壓：24V

2.輸出功率：約200W