基于原边反馈技术的恒流恒压AC-DC转换器设计

摘要

随着电子产品的种类越来越多，其对所搭配的充电器以及电源的要求也越来越高。传统的AC-DC转换器，大多采用PWM控制方式，导致其待机功耗较大，转换效率较低外围所采用的副边反馈系统使得外围电路体积成本均处于比较高的值。
　　与传统副边反馈技术相比，原边反馈方式省去了光耦元件和基准电压源芯片等诸多元器件。这样的设计，不但节省了许多电路板上的空间，降低了成本的同时也使系统的可靠性和稳定性得到极大的提高。基于原边反馈技术的AC-DC转换器由于其自身的优良性能具，使其在手机充电器这样低成本占优的市场环境，以及LED驱动等对体积要求很高的且具有广阔的应用前景的市场空间里，竞争优势明显。鉴于此，本文着手设计一款应用于手机等小型电子设备充电器的PFM型原边反馈开关电源控制芯片及外围系统，完成电路和版图设计方案，并通过流片测试验证。论文的具体工作如下：
　　首先对开关电源的研究背景，研究现状和市场前景进行了详细的分析，简单介绍了开关电源的基本组成结构和分类方式，对PWM、PFM以及PWM/PFM混合调制方式进行了论述和介绍。通过对不同的开关电源对比分析，总结出本文所设计的新型AC-DC转换器的优势以及研究和设计的意义。
　　随后分析了基于原边反馈技术的AC-DC转换器的整个系统原理结构，画出内部框图并对工作方式进行了简要的分析。基于环路稳定性的原理，提出了AC-DC转换器恒压恒流的设计思想。在此基础上，探讨了AC-DC转换器在实现恒压模式和恒流模式方面的理论基础。
　　然后开始对AC-DC转换器整个电路进行设计和仿真，详细描述了每个外围参数的取值方式和计算方法。对每个单独的内部模块都进行了详细的设计并通过仿真图像和分析，包括带隙基准、欠压启动电路、保护电路、采样保持电路、振荡器、过零检测电路、驱动电路、内部电源电路、恒压控制环路、恒流控制环路以及逻辑控制模块。设计工作结束之后对整个系统进行了仿真分析。
　　电路设计工作完成后，对整个芯片进行了版图设计，对版图方案进行了DRC和LVS验证，随后通过验证并进行流片。流片完成后设计出芯片的测试方案，并对芯片的各项参数进行测试和分析。
　　最后对论文工作进行总结，并对未来可能在功耗和延时等方面的研究改进方案进行了总结和展望。

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第一章 绪论

1.1 开关电源研究背景

1.2 开关电源的基本组成和分类

1.3 新型AC-DC转换器研究和设计的意义

1.4 本论文内容及安排

第二章 原边反馈AC-DC转换器系统分析

2.1 AC-DC转换器系统原理分析

2.2 AC-DC转换器芯片内部框图及工作方式

2.3 环路设计和稳定性基本原理

2.4 恒压环路设计

2.5 恒流环路设计

第三章 AC-DC转换器电路设计与仿真

3.1 AC-DC转换器系统外围参数设计

3.2 AC-DC转换器芯片内部模块设计与仿真

3.3 AC-DC转换器整体系统仿真

第四章 版图设计与芯片测试

4.1 工艺选型和版图设计

4.2 DRC和LVS验证

4.3 芯片测试方案

4.4 芯片测试结果及分析

第五章 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 未来研究展望

参考文献

致谢

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