一种流限控制的ac2fdc转换芯片的设计

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1、第一章引言第一章引言1.1开关电源的发展趋势在20世纪50年代，美国宇航局以重量轻、小型化为目标，为搭载火箭开发了开关电源。在半个多世纪的电力电子技术发展中，开关电源因为具有体积小、重量轻、效率高、性能稳定等优点广泛应用于各种电子电器设备中。在现代社会，电子信息设备与人们的生活工作关系越来越密切，而所有的电子设备都离不开电源，高速发展的信息技术把人们带到了信息社会，同时也促进了电源技术的飞速发展[1]。开关电源的前身是线性稳压电源，在开关电源出现之前，许多控制设备的工作电源都采用线性稳压电源。由于计算机等电子装置的

2、功能越来越强，集成度越来越高，而他们的体积却越来越小，因此迫切需要重量轻、体积小、性能好、效率高的新型电源，这就成了推动开关电源技术迅速发展的强大动力。目前除了对输出电压的纹波要求极高的场合和输出功率非常小的场合外，开关电源已经全面取代了线性稳压电源[2]。20世纪90年代功率半导体器件的发展是推动开关电源发展的主要动力。功率MOSFET和IGBT代替功率晶体管(GTR)和中小电流的晶闸管，使开关电源高频化；超快恢复的功率二极管和MOSFET同步整流技术使开关电源可实现高效率和低电压输出。开关电源高频化可缩小电源模

3、块的体积和重量，但开关损耗也随开关频率的提高越来越大，为此，软开关技术(零电压开关ZVS和零电流开关ZCS)可使开关电源电压和电流不交叠，将大大降低功率器件的开关损耗。另外电流控制技术及多环控制技术的应用，有源功率因数校正技术，高频磁性元件，电源智能化技术等等的出现都对开关电源管理的发展起着极大的推动作用[3]。未来开关电源的发展趋势是绿色、高效和节能，具体表现在：更加小型化、轻薄化，便于应用；高效率和高可靠性；模块化，集成度更高；低噪声和高抗电磁干扰能力。开关频率高频化、采用新型压电变压器和新型电容器、表面贴片技

4、术(SMT)可以使电源模块小型化；高可靠性需要有效提高电源的使用寿命，降低工作温度、减小开关器件的电应力、降低工作电流可以有效提高电源的可靠性；软开关技术实现零电压导通和零电流关断来降低功耗将是未来提高电源效率的主1电子科技大学硕士学位论文要趋势；模块化，更高的集成意味着成本的降低，同时可以使电源产品更为紧凑，体积更小，减小引线长度，降低寄生参数；开关电源相比线性电源的一个缺点就是噪声和EMI大，而高频化也增大了噪声和EMI，因此研发低噪声和低EMI的开关电源显得日益重要[4]。1.1课题的研究意义开关电源可分为A

5、C/DC和DC/DC两大类，按输入输出是否隔离又可分为隔离与非隔离两种，其中隔离又可称为离线式(Off-line)。DC/DC变换是非隔离的，包括升压降压式(Buck)、升压式(Boost)、升压降压式(Buck-Boost)等直流转换。AC/DC变换，又叫离线式开关变换，变换器中有高频变压器隔离，使输出的直流与输入隔离开来。常用的AC/DC变换拓扑结构包括有正激、反激、全桥、半桥和推挽，各种结构的优缺点和应用领域如表1-1[5]。表1-1AC/DC变换各种拓扑的优缺点应用领域类型优点缺点功率范围应用领域正激电路简

6、单，成本低，可靠性高，变压器单向励磁，利用驱动电路简单率低几百瓦各种中小功率开关电源反激电路简单，次级不需要电感，输出功率低，变压器单几十瓦-几小功率和消费电子设成本低，可靠性高，驱动简单向励磁，利用率低百瓦备、计算机设备电源全桥变压器双向励磁，容易达到大结构复杂，成本高，可几百瓦-几大功率工业用开关电功率靠性低，驱动电路复杂千瓦源、焊接、电解电源半桥变压器双向励磁，开关较少，有漏感问题，可靠性低，几百瓦-几工业用开关电源、计成本低，无偏磁问题需要复杂隔离驱动电路千瓦算机设备用开关电源推挽变压器双向励磁，次级回路只

7、有一个开关，导通损耗较小，驱动简单有磁通不平衡问题几百瓦-几低输入电压的开关电千瓦源目前国内AC-DC转换芯片的开发还处于起步阶段，市场主要由PI、Infineon、ST和Fairchild等国际知名模拟IC设计公司提供为主，其结构主要是将700V高压功率MOSFET集成在芯片内部，实现85V-265V高压交流输入转换为低压直流输出，优势在于集成度高，外围器件少，成本低。本文所设计的芯片也是沿用这一思路采用700V高压BCD工艺将高压功率MOSFET集成在芯片内部，设计出一款反激式AC/DC变换器控制芯片。反激式A

8、C/DC变换器具有电路简单、使用器件少、成本低、稳压范围宽、易于多路输出等优点，使得反激式广泛用于各种2第一章引言中小功率变换场合[6]，比如手机数码相机等便携式设备的充电器和适配器中。1.1课题的目标本课题所研究设计的是一种流限控制的的反激式开关电源芯片，具体要求如下：(1)输入电压85VAC~265VAC，额定输出功率为6W。(2)内置耐压700V功率M