文 献 综 述

一. 课题研究背景及意义

开关电源是通过控制开关管的导通和关断来维持输出电压稳定的一种电源，开关电源的技术更新和产品换代和现代电力电子科技的发展密切相关.目前，开关电源以其高效便携的独特优势被广泛应用于各种电子设备，在汽车行业和通信行业等举足轻重.开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异.在相同的功率输出点上线性电源的成本要高于开关电源，随着近年来电力电子科技的飞速发展，开关电源获得了广阔的发展空间.开关电源在现在和未来的工业发展上有着不可替代的作用.开关电源分为直流开关电源和交流开关电源，直流开关电源的核心是DC/DC转换器.本课题研究的Buck转换器是非隔离DC/DC转换器的一种，即降压式转换器.

二. 国内外现状

随着功率电子技术的快速发展，各种高频开关电源频频出世，广泛应用于航空航天、工业仪器制造、通信网络和计算机等众多领域.其中降压型开关变换器的应用最为广泛.Buck变换器作为一种降压器件，其设计标准最重要的就是其降压能力和抗干扰能力.传统的Buck变换器输入电流断续，输入电流纹波较大，这会对电源和负载造成一定程度的电磁干扰.为了抑制这些干扰常添加滤波器或者通过耦合技术提高系统输入端的抗电磁干扰能力，这不可避免得会增加变换器的设计难度，降低功率密度.另外，传统的Buck变换器受开关器件的限制，降压能力不强.针对这个问题，王广彬工程师提出一种新的Buck变换器设计思路.这种新的Buck变换器能力强，输入电流连续而且输入电流纹波小.对于这种新型Buck，王广彬工程师提出用状态平均法建立小信号模型，由此得出系统的传递函数，根据其根轨迹分布图和伯德图分析系统稳定性^[1].

峰值电流模式动态响应速度快、补偿电路简单及限流等特点,在电力电子系统中广泛应用.但是这种控制方式在系统参数变幻的情况下会使开关功率系统出现分岔和混沌等不稳定行为.例如次谐波不稳定性为，针对这个问题，工程上采用的解决办法是斜坡补偿控制.多种斜坡补偿控制方式都存在相应问题，例如，线性斜坡补偿的补偿度问题等.针对峰值电流控制模式下开关功率系统的分岔和混沌等不稳定现象，卢伟国等提出了一类零扰动补偿抑制新思路.结合峰值电流模式 Buck 变换器中输入和输出量之间的稳态关系，给出了简化的零扰动补偿控制条件，构建出相应的控制方程及模拟实现电路，基于傅里叶级数分解导出了系统分岔边界方程，确定出控制参数的可控范围.最后，给出了零扰动补偿控制效果的仿真和实验结果，验证了理论分析的正确性和所提零扰动补偿控制思路的有效性^[2].

随着电力电子技术的不断发展，要求开关电源具有更高的工作频率、效率、工作密度、功率因数、可靠性，电路具有更小的体积和实用性.为了得到高性能的开关电源，研究者们在选择性能更为优越的功率半导体器件，改进电路拓扑结构，选择和改进控制电路的控制方式，优化器件的排列布局等方面做了大量的优化设计工作，并且取得了许多卓有成效的成果.近年来，人们引入了功能强大的数学规划方法来解决开关电源的最优化设计问题，形成了开关电源的最优设计技术，在目标值与约束条件都能用数学公式表达时，这种采用数学优化方法得到的设计结果与传统的设方法相比，往往具有很强的优越性，可提高开关电源的设计质量，缩短设计周期.周习祥，杨赛良采用传统方法对 BUCK DC/DC 变换器的主电路参数进行了设计与器件的选择，然后提出了设计的最优化目标值和约束条件，从而利用数学规划方法得到了该变换器的最优化模型，对 BUCK DC/DC 变换器的最优设计具有实际的指导意义^[3].

林国庆，陈志坚，何新松对零电压准方波 Buck 变换器的工作原理、软开关条件进行了深入的分析，提出一种新型的控制策略，通过检测辅助开关管漏源电流控制辅助开关管的关断时刻，由输出电感的正向电流控制主开关管的关断时刻，在所设定的死区时间内使主开关管和辅助开关管能在较宽的输出电压和负载电流变化范围内实现零电压软开关.制作了一台 150 W 的实验样机对理论分析进行验证，电路仿真和实验结果表明，该变换器具有软开关范围广、开关损耗小、效率高等优点，特别适用于输入电压恒定、需要降压的应用场合^[4].

研究者们针对采用斜坡补偿的峰值电流控制Buck型DC-DC变换器设计,由输入电压及工作温度的差异造成的对输出带负载能力和峰值电流严重影响的问题,提出一种新颖的可提高电路带载能力的补偿设计^[5-9].通过在斜坡补偿模块中加入一个随输入电压线性变化的基准源,补偿输入电压变化对采样与斜坡补偿峰值电压的影响.同时,采用不同的工艺对反馈环中的比例电阻进行设计,通过电阻的温度系数来补偿温度变化造成的采样电压变化,减小了温度对电路带负载能力和峰值电流的影响.流片结果表明,在环境温度不变的情况下,输入电压从7 V变化到30 V时,输出最大负载电流仅变化0.5 A;环境温度从27℃变化到150℃ ,输出最大负载电流几乎不变.

三. 发展趋势

电源技术在未来的社会发展中会获得更多的关注.研究电源技术将成为未来重要的发展课题.

(1)高频化技术：随着开关频率的提高，开关变换器的体积也随之减小， 功率密度也得到大幅提升，动态响应得到改善.小功率DC#8212;DC变换器的开关频率将上升MHz.但随着开关频率的不断提高， 开关元件和无源元件损耗的增加、高频寄生参数以及高频EMI等新的问题也将随之产生^[10-11].

(2)软开关技术为提高变换器的变换效率，各种软开关技术应用而生， 具有代表性的是无源软开关技术和有源软开关技术，主要包括零电压开关／零电流开关(ZVS／ZCS)

谐振、准谐振、零电压／零电流脉宽调制技术(ZVS／ZCS#8212;PWM)以及零电压过渡／零电流过渡脉宽调制(ZVT／ZCT#8212;PWM)技术等.采用软开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力，有助于变换器变换效率的提高.

(3)功率因数校正技术(PFC) ：目前PFC技术主要分为有源PFC技术和无源PFC技术两大类，采用PFC技术可以提高AC#8212;DC变化器输入端功率因数， 减少对电网的谐波污染^[12-14].

(4)模块化技术：采用模块化技术可以满足分布式电源系统的需要， 提高系统的可靠性^[15-16].

(5)低输出电压技术：随着半导体制造技术的不断发展，微处理器和便携式电子设备的工作越来越低， 这就要求未来的Dc#8212;Dc变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的供电要求^[17-20].

四. 参考文献:

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