摘 要

随着电力电子设备的不断发展，工业生产对于电压变换器的电压变化能力提出了更高的要求，能够实现高变比变换输出较低的输出电压，优秀的电压调整能力良好和高效率的开关电源受到人们的广泛青睐。

本文介绍的SC-BUCK电路是运用两级电路的思想通过把传统的开关电容网络和BUCK电路结合起来，充分利用两者的优点从而使得其具有如下优点：在两级电路拓扑结构当中，第一级采用高阶开关电容网络，从而对电压进行预变换，极大的增加了电压的变比，使得电路能够有着较大的变压比来降低输出电压；然后利用第2级的传统BUCK电路来对电压进行再变换，使其具有较低的电压纹波输出，较好的电压调整性能，而且通过利用两级变换思想能够极大地提高电路的效率。总的来说本文采用的两级变换器结构综合了开关电容网络和BUCK电路的优点，使得其能够工作在以较低输出电压的同时，保证了电路的电压快速响应能力，降低了输出电压的纹波并有着不错的效率。

在对电路进行仿真运行时，我们的控制输入电压为V_i=48V,输出电压V₀=1.8V,完成了大变压比降压变换；改变负载阻值并通过调节占空比使得电压稳定在V₀=1.8V，观察输出电压纹波变化情况，得到所有的纹波维持在1%以下；证明了电路具有良好的电压调节能力并且输出电压纹波很小。此外，通过我们对于调节电路器件参数来对电路效率分析状况来看，电路有着较高的效率。

关键词：高变压比; SC-BUCK电路; 效率

Abstract

With the continuous development of power electronic devices, industrial production has put forward higher requirements for the voltage change capability of voltage converters, which can achieve high ratio conversion, low output voltage, excellent voltage adjustment ability and good circuit dynamic performance of switching power supply are widely favored by people.

The SC-BUCK circuit introduced in this article is based on the idea of two-level circuit. By combining the traditional switched capacitor network and the BUCK circuit, the advantages of the two are fully utilized to make it have the following advantages: In the two-level circuit topology, the first The stage uses a high-order switched capacitor network to transform the voltage, which greatly increases the voltage transformation ratio, so that the circuit can have a larger transformation ratio to reduce the output voltage; then use the traditional BUCK circuit of the second stage to Re-transform the voltage so that it has a lower voltage ripple output, better voltage regulation performance, and the efficiency of the circuit can be greatly improved by using the two-stage conversion idea. In general, the two-stage converter structure used in this article combines the advantages of the switched capacitor network and the BUCK circuit, making it able to work at a lower output voltage, ensuring the rapid response of the circuit voltage and reducing the output voltage. Ripple does have good efficiency. .

During the simulation operation of the circuit, our control input voltage is V_i = 48V, and the output voltage V0 = 1.8V, which completes the step-up transformation of large transformer ratio; change the load resistance and adjust the duty ratio to make the voltage stable at V₀ = 1.8V, observe the change of the output voltage ripple, and all the ripples are maintained below 1%; it proves that the circuit has good voltage regulation ability and the output voltage ripple is very small. In addition, through our analysis of the circuit efficiency by adjusting circuit device parameters, the circuit has a higher efficiency.

Keywords: high voltage ratio ;SC-BUCK circuit;efficiency

目录

第一章 绪论 1

1 研究背景及国内外研究现状 1

1.1研究背景和意义 1

1.2 直流降压变换器的国内外研究现状 1

1.2.1 基于BUCK结构的降压电路 1

1.2.2 基于开关电容网络的降压电路 2

1.2.3 两级变换器思想 3

1.3本文的研究内容 4

第二章 电路结构与性能分析 5

2.1 开关电容变换器分析 5

2.1.1 基本开关电容变换器 5

2.1.2互补型开关电容变换器 6

2.1.3 高阶降压式开关电容变换器 6

2.1.4 高阶互补型开关电容变换器 7

2.2 高阶互补型SC-BUCK电路的提出 8

第三章 三阶互补型SC-BUCK电路的基本内容 10

3.1 三阶互补型SC-BUCK电路的工作原理 10

3.2三阶互补型SC-BUCK电路的数学分析 11

3.3三阶对称型SC-BUCK电路的仿真参数确定 14

第四章 三阶对称型SC-BUCK电路的仿真分析和实验 15

4.1仿真电路的建立 15

4.2电路仿真结果分析 17

4.2.1 基本电路输出波形 17

4.2.2改变负载阻值的电路分析 18

4.2.3电路效率分析 19

4.2.4 电路效率最优化分析 21

4.3 仿真结果总结 22

第五章 全文总结和展望 23

5.1全文总结 23

5.2 展望 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

自从进入到21世纪以来，互联网在人们日常生活中，工业生产中，科学研究中的作用越来越大，人们把21世纪称为互联网时代。作为互联网基础设施,数据中心的重要性在于数据中心是一个由特定设备组成的全球协作网络，是一个用于在Internet网络处理分析和传输数据信息的基础设施。大多数数据中心的电子元件都是由低电压直流电源进行供电的。数据中心的重要作用使得其在全球范围内迅速发展，随着我国社会经济的进步以及国家大力推进互联网产业的发展，未来在许多的城市都会大力建设数据中心，在2019年在上海召开的一次数据中心发展大会上就明确提出了最近五年，中国数据中心行业蓬勃发展，每年的产业增长速率达到了28%，一级市场总市值超780亿元，各大规模的数据中心在不断建设当中，所以说数据中心的发展前景极为美好。

然而面对这样的一个发展潮流会对我们电力行业带来什么样的影响呢？ 数据中心本质上属于一种高密度高能耗的一种设备，其对电力的需求极大。据不完全统计我国数据中心在2017年就消耗了近电量为1221.5亿千瓦时，在前两年中国的所有数据中心一共消耗了近1700亿千瓦时电量，占中国全社会用电量的2.4%左右。在去年举行的DCIC2019第九届中国数据中心产业发展大会上了解到，目前据不完全统计全国每一年的数据中心用电量占到全社会用电量的2%左右，而且根据科学研究人员的分析，预计国家数据中心的机架总数将在明年突破390万大关。如此庞大的用电量带来的是我们电力行业的光明前景。