摘 要

在当今互联网的迅速发展下，不断催生出各类高新互联网技术，而这些技术不断提高的同时，对数据中心的要求也逐渐提高，这意味着其耗能也将大幅提升，为解决耗能问题，提升能源利用率，谷歌公司提出新一代48V供电架构，通过机柜中的DC/DC变换器直接将48V电压转换为12V对服务器供电，但DC/DC变换器本身也有损耗，若能降低其损耗，将能进一步提升数据中心的能源效率，因此研究DC/DC变换器的效率提升方法将会成为当今热点。

DC/DC变换器中的传统同步整流BUCK变换器虽然较BUCK变换器效率得到了提升，但任由进一步提升空间，先考虑将软开关技术与传统同步整流BUCK变换器相结合，通过减少变换器中开关管的开关损耗从而提升电路效率。

本文将介绍同步整流BUCK变换器原理以及软开关技术原理，然后提出设计的结合软开关技术的新型同步整流BUCK变换器，介绍原理以及电路元件参数选择，后通过ORCAD仿真验证其在相同条件下相比于传统同步整流BUCK变换器效率得到了提升。

关键词：同步整流BUCK变换器 软开关 效率

Abstract

With the rapid development of the Internet, various kinds of high-tech Internet technologies are constantly emerging. While these technologies are constantly improving, the requirements for data center are also gradually increasing, which means that their energy consumption will also be greatly increased. In order to solve the problem of energy consumption and improve the energy utilization rate, Google proposes a new generation of 48V power supply architecture, which will directly power 48V through the DC / DC converter in the cabinet The voltage conversion to 12V supplies power to the server, but the DC / DC converter has its own loss. If the loss can be reduced, the energy efficiency of the data center will be further improved. Therefore, the research on the efficiency improvement method of DC / DC converter will become a hot spot.

Although the efficiency of the traditional synchronous rectifier buck converter in DC / DC converter is improved compared with that of the buck converter, the space for further improvement is allowed. Firstly, the combination of soft switch technology and the traditional synchronous rectifier buck converter is considered to improve the circuit efficiency by reducing the switching loss of the switch tube in the converter.

This paper will introduce the principle of synchronous rectifier buck converter and the principle of soft switch technology, and then put forward a new type of synchronous rectifier buck converter combined with soft switch technology. It will introduce the principle and the selection of circuit component parameters, and then verify its efficiency compared with the traditional synchronous rectifier buck converter under the same conditions by OrCAD simulation.

Key words: soft switching efficiency of synchronous rectifier buck converter

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

一 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外相关研究现状 1

二 同步整流BUCK变换器与软开关介绍 6

2.1同步整流buck变换器原理 6

2.1.1连续工作模式 7

2.1.2断续工作模式 9

2.1.3开关管损耗计算 12

2.2 软开关介绍 15

2.2.1 开关器件开关过程 15

2.2.2软开关原理 16

2.3.3软开关过程原理分析 17

2.2.4软开关电路的分类 19

三 ZVS同步整流buck变换器的设计 25

3.1工作原理 25

3.2电路设计 28

3.2.1滤波器设计 28

3.2.2 ZVS谐振环设计 29

3.2.3开关管选取 29

四 电路仿真 31

4.1仿真电路模型搭建 31

4.2仿真结果与分析 31

五 全文总结与展望 37

5.1 全文总结 37

5.2展望 37

参考文献 38

致谢…………………………………………………………………………………………………………………………………………..40

一 绪论

1.1 研究背景

互联网作为当今时代发展的大热门，其应用已经深入人们生活当中的各个部分，例如近年来大热的大数据技术正不断地改变人们的生活方式，而互联网蓬勃发展的同时，意味着数据计算也将大幅增长，而作为数据计算的基础，数据中心也将迎来新的挑战，截止2018年，我国已有近六万个数据中心，机房总面积约为1650多万平方米，巨大的数据计算意味着数据中心持续增长的耗能问题，光是2018年全国的数据中心耗电量为1608.89亿千瓦时，相当于三峡大坝全年的耗电量，并且在数据中心的运营成本当中，75%为能源成本，因此如何提高数据中心的能源效率，降低其损耗对数据中心的升级以及互联网的发展有着重要意义。2016年谷歌提出了新一代的数据中心48V供电架构，为解决数据中心耗能问题提供新思路，其通过48V的机柜内的DC/DC变换器将电压降到12V后输入服务器，减少了中间转换环节，提升效率，因此DC/DC变换器的运用在数据中心耗能问题上有着重大意义。

BUCK变换器作为DC/DC变换器当中具有降压功能的电路，其应用范围十分广泛，但传统的BUCK变换器本身依旧有着不可忽略的损耗问题，因此如何降低BUCK变换器的损耗，进一步提高其效率，也是当下研究的热点。

1.2 国内外相关研究现状

1991年由F.C.LEE和Hua.G以及Leu.C.S设计提出了最初的零电压开关技术。在他们提出的电路当中，主开关上并联有一个辅助电容，该辅助电容能辅助电路的换相，并且当主开关处于断开状态时，滤波器电流使得辅助电路不参与工作，仅当主开关导通期间工作，因此也就降低了传输损耗。