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宇航级BUCK型DC-DC开关电源关键技术研究

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导师姓名
鲍嘉明  刘树立
学科专业
集成电路工程(专业学位)
文献出处
北方工业大学   2019年
关键词
开关电源论文  电压模式控制论文  仿真论文  辐射论文
论文摘要

当今时代,各种便携式电子产品与人们的衣、食、住、行密不可分。DC-DC开关电源具有体积小、重量轻、效率高、功耗低等优点。它广泛应用于便携式电子产品、航空航天、电力电子器件、工业控制领域中。目前,我国的空间站、深空探测、长寿命卫星等宇航工程正式实施。新的航天工程对元器件质量、可靠性、寿命、小型化和低功耗等技术指标提出了更新、更高的要求。因此,对于宇航级Buck型DC-DC开关电源的研究与设计是非常有必要和有意义的。本文以DC-DC开关电源的发展趋势、建模方法的研究现状和辐射效应为出发点。首先,对DC-DC开关变换器系统进行研究,主要包括:调制方式、反馈控制方式和同步整流技术。其次,对Buck型变换器系统进行建模设计,主要包括:主电路的建模、电压控制环路的功率级建模,并运用matlab-simulink软件对其进行仿真验证。最后,对Buck型变换器系统中的电路模块进行设计与分析并用Cadence Spectre仿真软件进行仿真;对其中的关键电路模块-误差放大器进行辐射分析研究。由于数学模型的好坏以及精确度直接关系到系统的各种性能参数,因此对DC-DC开关变换器系统进行建模设计是对其进行系统分析的基础,同时也是关键技术。通过对其进行建模设计,从而对实际电路的设计具有指导意义。本文采用CSMC 0.5μm BCD工艺设计了一款Buck型DC-DC开关电源芯片。该芯片采用电压控制PWM调制的方法,运用Cadence Spectre仿真软件对整体电路进行模拟仿真,仿真结果表明在10V-15V的输入电压范围内,系统能稳定输出5V的电压。当输入电压为15V,负载电流为500mA时,输出电压纹波峰峰值为6mV,电感电流纹波峰峰值为106mA,达到设计要求。在此基础上,由于误差放大器在环路中占有举足轻重的地位,因此对其进行辐射分析研究并通过找到辐射对它性能参数的影响,对于提高它和整体电路的抗辐射能力具有指导意义。对开关管进行了加固设计,通过与原电路对比,提高了电路的抗辐射能力。

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