一种DCM模式AC-DC反激转换器环路的设计

摘要

近年来，开关电源的发展越来越迅猛，凭借其体积小，重量轻，效率高等优点，开关电源的应用已经遍及到生活的方方面面。开关电源主要分为AC/DC和DC/DC两种类型，得益于软开关技术和工艺的提升，DC/DC的发展逐渐成熟。而AC/DC开关电源由于体积相对较大，且在工作时伴随着内部的高压，高频，大电流的开关动作，需要更加优化的电源设计方案。
　　本文设计了一种次边反馈结构的DCM峰值电流控制模式的AC/DC反激转换器，包括变压器的设计，RCD钳位电路的设计，反馈回路的设计，补偿电路的设计，以及VDD过压/欠压，VS过压，突发模式，OCP等保护电路的设计。这些设计有效的提高了AC/DC转换器输出电压的稳定性和环路的安全性，本论文了主要研究内容和创新型成果归纳如下:
　　1.基于线性系统的控制理论，对反激转换器与Buck/Boost转换器进行了等效性分析，运用平均电流模型，交流小信号模型和微绕线性逼近法对工作在CPM-DCM模式下的反激转换器的功率级控制与输出函数进行了建模和推导。
　　2.设计了一种结构简单，补偿效果良好的转换器的反馈网络和补偿网络，并对反馈网络和补偿网络的传递函数进行了推导。运用零极点分析法对环路的传递函数幅频响应的波特图进行了分析，通过合理的补偿电路的设计，确保在恒压模式下转换器在全负载范围内输出均具有良好稳定性和响应速度。
　　3.依据输入输出电压的值的大小，并且保证工作在DCM工作模式下，对转换器环路中的变压器进行了设计，确定了变压器原边电感的电感值，原边电感与输出端次边电感的匝数比，以及原边电感与VS端电感的匝数比。VS端电感的设计不仅可以检测输出电压，还可以根据VS采样电压的不同实现转换器的降频工作模式，减小开关损耗。对输入端的功率MOS管进行了RCD钳位电路的设计，防止因变压器漏感的因素造成的电压脉冲对功率MOS管的损坏。
　　4.在转换器芯片内部设计了VDD过压/欠压保护，VS过压保护，突发模式保护等保护电路，这些保护电路可以保证芯片在遇到一些意外情况时不至于烧毁芯片。VDD过压保护可以保证在输入端VDD过高时关断功率MOS管，VDD欠压保护触发时可以使转换器开启下一个高压启动周期对转换器供电，VS过压保护触发时会关断功率MOS管，并通过计数器计数进入闩锁模式，突发模式触发时会关断功率MOS管，以降低转换器的开关功耗，提高开关电源的工作效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 开关电源的应用

1．1．2 开关电源的发展趋势

1．2 开关电源的分类

1．2．1 按照控制原理方式不同分类

1．2．2 按照控制类型不同分类

1．2．3 按照工作模式不同分类

1．2．4 按照反馈类型分类

1．3 国内外研究现状

1．4 论文的研究内容和结构安排

1．5 本章小结

第二章 开关电源的拓扑结构和工作原理

2．1 开关电源的拓扑结构

2．1．1 Buck电路

2．1．2 Boost电路

2．1．3 Buck／Boost

2．2 反激转换器与Buck／Boost开关电源的等效关系

2．2．1 Buck／Boost与反激转换器等效的原理

2．2．2 Buck／Boost与反激转换器等效的仿真验证

2．3．反激转换器的工作模式

2．3．1 不连续导通模式

2．3．2 连续导通模式

2．3．3 电流控制模式

2．4 本章小结

第三章 反激转换器环路的设计

3．1 环路稳定相关的基本概念

3．1．1 负反馈电路的稳定性

3．1．2 波特图

3．1．3 极点和零点

3．2 DCM峰值电流控制模式反激转换器电压环路的设计

3．2．1 反激转换器的工作原理

3．2．2 反激转换器变压器电感的设计

3．2．3 转换器初级侧的RCD钳位电路的设计

3．3 反激转换器的零极点分析

3．3．1 调制模块

3．3．2 反激转换器的CPM-DCM工作模式的建模

3．3．3 反馈网络和补偿网络

3．4 DCM峰值电流控制模式反激转换器电压环路的幅频特性分析

3．4．1 反激转换器环路的传递函数推导

3．4．2 反激转换器环路的幅频特性的仿真验证

3．5 本章小结

第四章 反激转换器的电压环路及保护电路的仿真验证

4．1 反激转换器恒压模式下仿真结果分析

4．1．1 环路控制方式的仿真

4．1．2 输出电压仿真

4．2 VDD过压／欠压保护电路

4．2．1 VDD过压／欠压保护电路的设计

4．2．2 VDD过压／欠压保护电路的仿真

4．3 VS过压保护

4．3．1 VS过压保护电路的设计

4．3．2 VS过压保护的仿真

4．4 突发模式保护

4．4．1 突发模式保护电路的设计

4．4．2 突发模式保护电路的仿真结果

4．5 过流保护

4．5．1 过流保护电路的设计

4．5．2 过流保护电路的仿真结果

4．6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

附录