原边反馈反激变换器电压采样电路的研究设计

摘要

新型电子设备对供电的要求越来越高，开关电源因其具高效率、低成本、高集成度的特点迅速地占领了市场。得益于低成本和良好的输入输出隔离特性，反激变换器在小功率交流-直流(AC-DC)应用场合得到了广泛采用。与传统反激变换器相比，原边反馈反激变换器使用的元件少，结构简单，能够减小体积和成本，被广大开关电源设计工程师所青睐。
　　本文的主要工作是研究原边反馈反激变换器的工作原理以及电压采样原理，针对次边整流二极管正向压降对采样电压的影响，设计了一种能够降低采样误差的电压采样电路，同时针对采样电压可能过高的情况设计了一种锁定模式过压保护电路。
　　本文首先介绍了线性稳压器和开关型稳压器的基本原理，分析了常见变换器拓扑结构。并对稳态工作下的反激变换器的连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)进行分析和对比。分析了反激变换器的工作原理，对传统反激变换器电压采样原理和原边反馈反激变换器的电压采样原理进行对比，并总结了其优缺点。通过公式推导分析了次边整流二极管对反馈电压的影响，对电压采样电路进行结构设计，划分为采样信号生成电路、采样保持及电流过零检测电路和过压锁定电路三个子模块。
　　然后对子模块中的电路进行设计，通过采样信号生成电路将采样位置控制在次边整流二极管正向电流为零时进行采样，以降低整流二极管正向压降引起的采样误差。通过温度补偿电路对其进行补偿，降低了整流二极管的负温度系数对反馈电压的影响。零电流检测电路能够检测电路进入谐振状态的位置并给采样信号生成电路提供参考信号。为了避免电压过高造成电子设备损坏，采样电路内部包含带锁定模式的过压保护电路，当采样电压过高时关闭芯片输出。
　　最后对电路进行仿真，电路通过0.5μm BICMOS工艺设计和仿真，仿真结果表明采样时整流二极管正向压降仅-42.6mV，有效降低了由二极管引起的误差，采样信号生成电路能够在二极管正向电流为零时发出采样信号，采样保持及零电流检测电路能够准确检测次边整流二极管电流的过零位置并对电压进行采样。当采样电压持续高于2.8V时，锁定电路能够关闭PWM输出，当VDD低于2.5V时解除锁定。电路的仿真结果良好。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 控制技术

1．2．2 功率半导体及同步整流技术

1．2．3 其他新技术

1．3 开关电源变换器的发展趋势

1．4 本文的主要工作及章节安排

第2章 开关电源变换器

2．1 线性稳压器

2．1．1 线性稳压器原理

2．1．2 线性稳压器的优缺点

2．2 开关型稳压器拓扑分析

2．3 反激变换器工作原理

2．4 反激变换器稳态分析

2．4．1 连续导通模式(CCM)

2．4．2 不连续导通模式(DCM)

2．4．3 临界导通模式(BCM)

2．4．4 反激变换器工作模式对比

2．5 本章小结

第3章 电压采样电路结构设计

3．1 电压采样电路的作用

3．2 反激变换器电压采样原理

3．2．1 传统电压采样电路

3．2．2 原边反馈采样电路

3．3 电压采样电路结构设计

3．4 本章小结

第4章 电压采样电路子模块设计

4．1 采样信号生成电路

4．1．1 电路结构设计

4．1．2 电路设计

4．2 采样保持与电流过零检测电路

4．2．1 主要性能指标

4．2．2 电路结构设计

4．2．3 电路设计

4．3 采样电压过压锁定电路

4．3．1 主要性能指标

4．3．2 电路结构设计

4．3．3 电路设计

4．4 本章小结

第5章 电压采样电路功能仿真

5．1 电压采样电路仿真条件

5．2 电压采样电路仿真

5．2．1 温度补偿功能仿真结果

5．2．2 电压采样功能仿真结果

5．2．3 过压锁定功能仿真结果

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文