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一种应用于准谐振反激式Ac-DC变换器的谷底检测电路的设计

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摘要

第一章 绪论

1.1 准谐振技术的提出

1.2 准谐振技术的研究现状

1.2.1 准谐振技术的优点

1.2.2 准谐振技术的发展现状

1.3 论文内容和结构安排

1.3.1 论文研究内容

1.3.2 结构安排

第二章 准谐振AC-DC芯片设计及仿真

2.1 反激式AC-DC变换器简介

2.1.1 反激式变换器基本电路

2.1.2 反激式变换器的导通模式

2.2 串联及并联谐振电路的工作原理

2.3 开关损耗分析

2.4 准谐振反激变换器系统设计与仿真

2.4.1 电路结构分析

2.4.2 寄生参数的选取

2.4.3 准谐振谷底检测

2.4.4 基于Saber的准谐振反激式AC-DC系统仿真

2.5 本章小结

第三章 准谐振AC-DC芯片及关键电路模块设计

3.1 芯片框图及工作原理

3.2 谷底检测电路模块设计

3.3 供电模块电路设计

3.4 输出开路保护电路模块设计

3.5 驱动级电路模块设计

3.6 本章小结

第四章 版图及测试

4.1 版图设计考虑与布局

4.2 流片情况介绍

4.3 采用准谐振技术的AC-DC变换器系统测试

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

随着超大规模集成电路的快速发展,小型化、高功率的电源系统得以实现,它提出了更高功率密度、更轻便的要求,同时电源系统效率的基本标准已经达到80%以上。由于开关的高频化使得现在的一些AC-DC电源系统中存在较高的损耗,为了最大限度地减少开关损耗带来的负面影响,在AC-DC电源芯片中采用准谐振技术很有必要。
  为了应对能效标准的挑战,增加AC-DC电源系统的效率,本文在调研大量文献的前提下,采用准谐振技术设计了一种AC-DC反激式变换器。首先详细分析了准谐振AC-DC反激式变换器单个周期内的工作情况,给出了开关损耗的表达式,利用各个时间段的等效电路,量化了电路中各个重要节点的工作状态。然后结合AC-DC反激式变换器的特点,根据准谐振的产生特点,对比了三种可行的准谐振谷底检测方法,分别为电容电阻充电式检测、单电容充放电检测和零比延迟检测。其中零比延迟检测没有电阻电容,受工作环境影响小,具有良好的适应性,同时精确度较高,响应快速,设计复杂度低,故选用零比延迟检测用于本文所设计的AC-DC反激式变换器。在此基础上,使用Saber软件搭建了准谐振AC-DC反激式变换器的模型,在整个系统正常工作的情况下,开关管两端电压和开关管驱动波形表明准谐振检测系统正常工作,验证了零比延迟检测的有效性。随后在电路级设计了零比延迟检测电路、输出开路保护电路、供电电路等模块,使用Cadence软件对电路关键模块进行仿真验证并做出详细的分析,仿真结果实现了系统模型中所述要求。
  随后采用HHNEC0.5um5V/40V HVCMOS工艺模型设计版图和流片,并制板测试,实测结果显示该AC-DC电源系统在输入范围为85V~265V交流电压下,可实现恒流输出,平均静态功耗为0.32W,效率大于81%,恒流精度在±3%以内,开关管在接近谷底的位置打开,验证了零比延迟检测的有效性以及所述芯片的基本功能,满足了设计指标。

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