带有动态响应补偿电路的低压大电流DC-DC变换器的设计与研究

摘要

随着计算机系统的快速发展,处理器的运算速度越来越快。也使得处理器消耗的功率大幅增加。同时,处理器的供电电压却有不断降低的趋势。这些变化导致处理器电源的输出电流越来越大。处理器的正常运行需要一个有低压大电流输出能力的变换器为其提供电源。处理器系统所使用的电源通常先将市电转换为某一直流电压作为直流母线,通过直流母线分配后再由DC-DC变换器转换至处理器所需电压。保证处理器供电的电源性能是否达标主要由直接为处理器供电的DC-DC变换器决定。处理器的活跃程度直接影响到处理器的耗电量,整个处理器系统是一个动态变化中的负载。为了在快速变化的负载情况下能够维持恒定的输出电压,变换器需要有较好的动态响应能力。这些特点都为DC-DC变换器提出了新的挑战。研究设计动态响应能力优良的低压大电流DC-DC变换器具有重要的现实意义。
　　对变换器中使用的各项技术及研究现状做出简要介绍后,本文首先解决提高变换器在低输出电压状况下输出大电流能力的问题。分析比较多种拓扑结构之后,按照多相化思路本文在传统拓扑基础上给出了一种新型的类桥式拓扑结构。这种类桥式拓扑能够根据负载情况在三种工作状态之间进行切换。力图在各相之间均匀分配供电电流,尽量减少大输出电流对效率的影响。实现全负载条件下的高效率运行。之后,为了解决提高变换器动态响应的问题,本文对提高变换器动态响应能力的方法进行了探究。最终基于负载矫正思想设计了一种用于提升变换器动态响应能力的补偿电路。详细阐述了电路的工作原理之后,给出电路的实现。
　　为了验证新型变换器拓扑的可行性,本文对该拓扑进行了基于Matlab/Simulink的仿真,对变换器各种可能的工作状态进行了全面仿真验证。证明可行性之后还搭建了硬件实验平台,进行了实际的硬件验证。仿真和实际验证均最终取得了预期的效果。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1研究背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

第二章 低压大电流DC-DC变换器设计及原理分析

2.1原边电路设计

2.2副边电路设计

2.3变换器硬件电路设计

2.4变换器软件控制策略

第三章 动态响应补偿电路设计

3.1提高变换器动态响应方法

3.2动态响应补偿电路原理分析

3.3动态响应补偿电路电路实现

第四章 主要磁性元件设计

4.1常见磁性材料

4.2 Buck电路输出电感设计

4.3变换变压器设计

4.4倍流整流电路输出电感设计

4.5动态响应补偿电路互感器设计

第五章 仿真及实验结果

5.1基于Matlab/Simulink的变换器系统仿真

5.2实验结果

第六章 研究总结及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢