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一种可工作于多模式的离线式反激变换器的研究与设计

作　者: 曹喜凤
导　师: 李泽宏
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 离线式反激变换器 多模式 变压器 高效率 良率
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着信息技术的不断发展和完善,开关电源得到越来越广泛的应用。而离线式反激变换器由于电路拓扑简单、输入与输出实现电气隔离、无输出滤波电感、输出电压的范围宽等特点,广泛地应用于50-100W的功率变换场合。为了更好的适应便携装置小型化多功能的发展趋势,开关电源不断地推陈出新,向着高效率、低压大电流和高频化等方向发展。本文研究设计了一种可工作于多模式的离线式反激电源芯片。它可以工作于四种模式,充分提高了所有负载条件下的效率;集成的软启动功能减小了输出过冲,并降低了器件的启动应力;改善的自动重启功能在开环及短路情况下将占空比减小到典型值的2%,有效地降低了芯片的功耗;双斜率的线电压前馈有效地抑制了电压纹波;频率抖动电路可以减小EMI滤波元件的成本。本设计将多模式控制系统、耐压达700V的功率MOSFET以及各种保护电路集成于芯片内部,具有体积小、成本低、自我保护完善等优点。本文的主要工作内容如下:(1)分析反激变换器的静态和动态特性,并提出整体电路的构架设计。(2)根据多模式的设计思想进行多模式控制电路设计,并在此基础上推导各模式下反馈电流的范围。(3)采用3um的BCD工艺,利用EDA仿真软件HSPICE对整体电路进行仿真验证。(4)完成整个芯片的版图设计,并成功流片。(5)对芯片关键参数进行测试,提供部分测试图形和数据,并将测试结果与性能指标相比较,以此验证芯片设计的正确性。在电路设计上,针对设计难点不断改进和创新,成功解决了模式间的平滑切换问题。最后的测试结果说明芯片具有很好的性能和很高的良率,这也验证了电路设计的成功。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 前言  8-12
  1.1 开关电源的分类  8-9
  1.2 开关电源的作用及发展方向  9-10
  1.3 本课题要达到的目标  10
  1.4 本文的主要工作  10-12
第二章 反激变换器的原理与设计  12-35
  2.1 反激变换器的稳态分析  12-22
    2.1.1 CCM 模式下反激变换器的稳态分析  13-18
    2.1.2 DCM 模式下反激变换器的稳态分析  18-22
  2.2 反激变换器的动态分析  22-27
    2.2.1 CCM 模式下反激变换器的动态分析  23-25
    2.2.2 DCM 模式下反激变换器的动态分析  25-27
  2.3 反激变换器的调制方式  27-30
    2.3.1 PWM 调制方式  28
    2.3.2 PFM 调制方式  28-29
    2.3.3 PSM 调制方式  29-30
  2.4 电路的整体结构和工作原理  30-35
    2.4.1 电路的整体结构  30-32
    2.4.2 整体电路的工作原理  32-35
第三章 多模式工作的电路设计  35-56
  3.1 实现多模式工作的各子电路的设计与仿真  35-48
    3.1.1 振荡器电路的设计与仿真  35-40
    3.1.2 LEB 和限流电路的设计与仿真  40-44
    3.1.3 MMM 电路的设计与仿真  44-48
  3.2 各模式下反馈电流的范围  48-56
    3.2.1 PSM 模式下反馈电流的范围  48-52
    3.2.2 低频PWM 模式下反馈电流的范围  52-53
    3.2.3 PFM 模式下反馈电流的范围  53-54
    3.2.4 全频PWM 模式下反馈电流的范围  54-56
第四章 整体电路仿真验证  56-62
  4.1 启动阶段  56-58
  4.2 正常工作阶段  58-60
    4.2.1 重载工作阶段  59
    4.2.2 轻载工作阶段  59-60
  4.3 自动重启阶段  60-62
第五章 版图设计与测试  62-74
  5.1 版图设计  62-64
    5.1.1 器件之间的匹配  62
    5.1.2 合理的布局  62-63
    5.1.3 合理的布线  63-64
  5.2 测试  64-74
    5.2.1 测试PCB 和测试时用到的仪器  64-65
    5.2.2 各工作状态的测试波形  65-68
    5.2.3 重要参数的测试结果  68-71
    5.2.4 测试结果与设计指标的对比  71-72
    5.2.5 良率  72-74
第六章 结论  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-78
攻读硕士学位期间取得的研究成果  78-79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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