基于降壓型PWM的DC-DC轉換器的控制方案

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

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

1.1 開關電源的發(fā)展史

開關電源的發(fā)展歷史可以追溯到幾十年前，可分為下列幾個時期：1.電子管穩(wěn)壓電源時期(1950年代)。此時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(wěn)壓電源時期(1960年代-1970年代中期)。隨著晶體管技術的發(fā)展，晶體管穩(wěn)壓電源得到迅速發(fā)展，電子管穩(wěn)壓電源逐漸被淘汰。

3.低性能穩(wěn)壓電源時期(1970年代-1980年代末期)。出現(xiàn)了晶體管自激式開關穩(wěn)壓電源，工作頻率在20kHz以下，工作效率60%左右。隨著壓控率器件的出現(xiàn)，促進了電源技術的極大發(fā)展，它可使兆瓦級的逆變電源設計簡化，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(xiàn)，構成了高頻電力電子技術，其開關頻率可達l00kHz以上，并且可并聯(lián)大電流輸出。

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

1.半導體和電路器件是開關電源發(fā)展的重要支撐。

2.高頻、高效、低壓化、標準化是開關電源主要發(fā)展趨勢：

1)低電壓化

半導體工藝等級在未來十年將從0.18微米向50納米工藝邁進，芯片所需最低電壓最終將變?yōu)?.6V，但輸出電流將朝著大電流方向發(fā)展。

2)高效化

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

3)大電流、高密度化

4)高頻化

為了縮小開關電源的體積，提高電源的功率密度并改善其動態(tài)響應，小功率DC-DC變換器的開關頻率已將現(xiàn)在的200～500kHz提高到1MHz以上，但高頻化又會產(chǎn)生新的問題，如開關損耗以及無源元件的損耗增大，高頻寄生參數(shù)以及高頻電磁干擾增大等。

5)在封裝結構上正朝著薄型，甚至超薄型方向發(fā)展

2.降壓型PWM AC-DC開關電源設計的基本要求

設計一款降壓型PWM AC-DC開關電源，設計參數(shù)如下：

輸入?yún)?shù)：

1.輸入交流電壓：單相AC220V

2.輸入電壓變動范圍： 20%

3.輸入頻率：50Hz 2Hz輸出參數(shù)：

1.輸出直流電壓：24V

2.輸出功率：約200W