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《开关电容DC_DC变换器的设计方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第4期电子学报Vol.27No.41999年4月ACTAELECTRONICASINICAApr.1999X开关电容DC2DC变换器的设计方法刘健陈治明严百平(西安理工大学自动化系,西安710048)【提要】在对开关电容DC2DC变换器进行稳态分析的基础上,研究了面向设计的几个关键技术问题,提出了开关电容DC2DC变换器的设计方法,并通过了实验和仿真的手段加以验证.关键词:开关电容网络,DC2DC变换器,效率,设计DesignonSwitchedCapacitorDC2DCConvertersLiuJian,ChenZhiming,YanB
2、aiping(XianUniversityofTechnology,Xi’an710048)Abstract:OnthebasisofsteadyanalysisofswitchedcapacitorDC2DCconverters,thestepstodesignaswitchedcapac2itorDC2DCconverterwithdesiredperformancearepresented.Sometechnicalproblemsfordesigningarediscussed.Anexam2plewithitsexperiment
3、alresultsshowsthatthedesigningmethodisfeasible.Keywords:Switchedcapacitornetwork,DC2DCconverters,Efficiency,Design设SP结构中二极管的正向压降均为Vd、构成Ci的各个一、引言电容的取值相同且为Ci1、T和f分别为开关周期和频率(即开关电容DC2DC变换器仅依靠功率开关和电容网络就T=1/f=t2-t0),d为状态I中导通的开关的导通比(即d[1]能实现电压变换,因此有利于电子仪器和设备的小型化.作=(t1-t0)/T),称dTn
4、i/RiCij为该SP结构的特征系数,用者曾指出这类变换器的效率仅取决于其拓扑结构和输出输入φi表示,其中Ri为在状态I期间Vs对Ci充电的总等效阻抗,[1][2]电压变化,而与控制方式无关;利用等效电量关系,避免了则输出电压可表示为[2][2]mm列写和求解复杂的状态方程,从而简化了分析过程;文Vs∑1/ni-Vd∑(ni-1/ni)献[5],指出开关电容DC2DC变换器存在脉宽调节(PWM)模i=1i=1VL=m(2)式、频率调节(FM)模式和过渡模式三种工作模式,并揭示了T1+∑)]级联低压差线性稳压器是这类变换器的最佳形式.i=1n
5、iRLCij[12exp(-Tni/(RiCij[5]当φ=dTni/(RiCij)<012时,式(2)可化简为:本文在已取得的研究成果的基础上,结合一个例子,提出mm一种实用的设计方法.计算机仿真和实验结果表明该方法的Vs∑1/ni-Vd∑(ni-1/ni)可行性.i=1i=1VL≈m(3)21+∑Ri/(RLnid)二、开关电容DC2DC变换器的效率和工作模式i=1即变换器工作在PWM模式,改变工作频率对于变换器的输图1所示的多级串并电容组合结构开关电容DC2DC变出电压没有明显影响.换器(MSP2SCDC2DC变换器)可以表示为开关电
6、容DC2DC当φ=dTni/(RiCij)>3时,式(2)可化简为:[2]变换器的统一模型.图中Ci为ni阶串并电容组合(SP)结mm构(ni为其中独立电容的个数),m为SP结构的级数.Vs∑1/ni-Vd∑(ni-1/ni)i=1i=1开关电容DC2DC变换器的效率η等于实际电压变比MVL=m1(4)1+∑与其拓扑结构决定的本征电压变比K之比,而与所采用的控i=1niRLCijfm1即变换器工作在FM模式,改变导通比对于变换器的输出电[1]制方法无关.即η=M/K,K=∑(1)i=1ni压没有明显影响.因此将开关电容前级工作在固定开关频率
7、和导通比的工作状当012RiCijln(1-)niT(10)niRL,minCijki恰当设
8、计d和T的工作区间,使得对于各级SP结构,都能满足式(10)的要求,就可以保证在输入电压不变的情况下,变换器因RL的变化所引起的输出电压的波动范围在R(RL,min)之内.四、开
