高精度恒压恒流反激式AC-DC变换器的设计

摘要

随着社会的不断发展，电力电子技术的不断更替，电子设备的类型越来越多，而电源对于任何电子设备的重要性不言而喻，市场对于电源的性能要求也越来越高。根据便携式电子产品的充电器、适配器的性能需求，本文设计了一种高精度的恒压恒流反激式AC-DC变换器。
　　本文采用的高精度恒压恒流反激式变换器采用原边反馈结构，与传统的副边反馈相比省去了光耦器件等，简化了外围电路，降低了成本。本文首先针对基本的恒压恒流反激式变换器建立小信号模型，通过传递函数推导出反映系统稳定性及快速性的相位裕度和带宽，由模型的建立得到对系统稳定性有影响的参数值，从而确定适宜的外接电容值。在恒流输出模式下，控制芯片保持原边电流峰值不变，然后通过辅助绕组端检测去磁时间大小，通过控制开关周期为去磁时间的两倍以实现恒流输出功能，且保证恒流精度不受变压器原边电感值的影响;线电压补偿模块通过采样辅助绕组端电压监控母线电压大小，并生成随其变化的补偿电流，注入原边检测电阻端，对原边峰值电压进行调节，提高恒流输出精度。恒压输出模式下，通过采样辅助绕组端反馈输出电压的信息，然后与基准电压通过误差放大器后产生误差电压，将误差电压与指数波比较后生成控制开关频率的信号，实现恒压输出功能;线缆补偿模块通过检测开关频率大小，生成随开关频率变化的补偿电流，提高恒压输出精度。在此基础上，本文给出了系统的电路及版图的设计。
　　本文设计的控制芯片采用旺宏0.8um L80A1CMOS工艺进行流片，然后通过5V/1.2A的测试电路进行验证。测试结果表明:输入电压85V～264V，最小静态功耗为40mW，最大静态功耗为110mW;当处于恒流输出模式时，恒流精度达到±1.25％，恒流线性调整率为±1.17％，恒流负载调整率为±0.67％，效率最低值为71.9％，最高值为80.1％;当处于恒压输出模式时，恒压精度达到±1.5％，恒压线性调整率为±0.58％，恒压负载调整率为±1.1％，效率最低值为73.75％，最高值为82.41％。可见，本文所设计的控制芯片在小功率恒压恒流AC-DC的芯片可满足实际应用需要。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．研究背景及意义

1．2．国内外研究现状

1．3．研究内容与设计指标

1．4．论文结构

第二章 反激式变换器概述

2．1．基本拓扑工作原理

2．1．1．Buck型拓扑结构

2．1．2．Boost型拓扑结构

2．1．3．Buck—boost型拓扑结构

2．1．4．反激式变换器拓扑结构

2．2．反激式变换器的调制方式

2．2．1．PWM调制方式

2．2．2．PFM调制方式

2．2．3．PSM调制方式

2．3．本章小结

第三章 恒压恒流原理分析

3．1．系统应用架构

3．1．1．系统主要性能

3．1．2．控制芯片的模块定义

3．2．基本反激式变换器的小信号模型

3．3．反激式变换器基本工作原理

3．4．控制芯片的高精度恒流原理分析

3．4．1．恒流原理分析

3．4．2．线电压补偿原理分析

3．5．控制芯片的高精度恒压原理分析

3．5．1．恒压原理分析

3．5．2．线缆补偿原理分析

3．6．本章小结

第四章 关键电路模块设计与仿真验证

4．1．基本模块设计与仿真分析

4．1．1．去磁时间检测模块设计分析

4．1．2．两倍去磁时间控制模块设计分析

4．1．3．振荡器模块设计分析

4．1．4．前沿消隐模块设计分析

4．2．恒流模式模块仿真分析

4．3．恒压模式模块仿真分析

4．4．本章小结

第五章 电路系统后仿真与测试验证

5．1．版图基本设计规则

5．2．系统电路的整体版图

5．3．系统电路后仿真分析

5．4．系统电路测试及参数设置

5．5．恒流模式输出测试分析

5．5．1．恒流模式输出关键波形

5．5．2．恒流输出关键参数测试与分析

5．6．恒压模式输出测试分析

5．6．1．恒压模式输出关键波形

5．6．2．恒压输出关键参数测试与分析

5．7．测试结果对比分析

5．8．本章小结

第六章 总结与展望

6．1．总结

6．2．展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果