论文总字数：26992字

摘 要

近年来便携式电子产品的工艺和性能迅猛发展，不仅给反激式变换器带来很大市场，还对其输出精度提出了更高的要求。由正弦交流电压直接整流得到的直流输出电流可能会有较大波动，为了提高充电的效率、速度和安全性，需要设计一个恒流电路芯片，及相应的控制算法。

从恒流控制的基本原理出发，本文首先研究了影响恒流精度的三个关键因素，首先是原边峰值电流，然后是副边电流持续时间和谷底导通引起的开关周期波动。然后提出了输出电流的公式和影响它的其他因素，通过公式计算得出补偿算法，对恒流控制策略进行相应改进。然后将此恒流控制算法用matlab实现，并在电路模型中进行验证，之后以HDL编写并与Modelsim 联合仿真模拟真实的硬件电路，验证其精确度。恒流控制算法选用此电路的原因是：反激式电源的输入和输出被隔离、电路拓扑易于实现、输出输入功率比较高、而成本又较低；原边反馈方式节省了采样光耦，既简化电路又提升温度特性，而数字控制的输出质量高、噪声小、不受电路寄生参数影响、还可以实现分段多模式控制。

由仿真结果可知，本论文提出的恒流控制控制算法在全输入电压全负载范内恒流精度达到±1.8%；实现了原边峰值电流补偿，谷底导通等功能；仿真结果满足设计指标与应用需求。

关键词：原边反馈；恒流控制；算法；原边采样；电源适配器。

HIGH PRECISION CONSTANT CURRENT

DIGITAL CONTROL STRATEGY DESIGN

FOR PRIMARY SIDE FEEDBACK

FLYBACK CONVETER

Abstract

As the technology and performance of electronic devices develop so quickly,the requirement for power characteristics and market are also increasing. The DC output converted by sinusoidal AC voltage directly may be fluctuate,in order to gain charge efficiency,speed and safty,a current adjuster is needed to bedesigned,together with the constant current algorithm.

Depriving from the basic principle of the constant current control method,three key factor are raised at the beginning in this paper.The first factor is primary side peak current ,then secondary side current duration and swich period fluctuate caused by valley turn on effect.After this,this paper proposed the output current equation and other factors impact output current,and compensation algorithm is proposed by related calculation witch constant current control algorithm making corresponding improvement,Then realize this constant current control strategy in matlab and test it in the circuit module.Finally code HDL and prepare a united simulation with Modelsim to verify its accuracy in the real electronic circuit.This kind of constant current control algorithm is basd on primary side feefback flyback converter because flyback converter could set input signals and output signals apart,and the topology of circuit is simple,output power input power ratio is high while cost is lower.Besides,primary side feedback has fewer sampling Optocouplers so that the temperature characteristics of the circuit are enhanced,what`s more,digital control has better output quality with low noise and not affected by the circuit parasitic parameters,also achieve different segment multimode control.So this kind of converter is widely used.

According to the simulation results, the constant current control algorithm proposed in this paper could achieve ± 1.8% current precision with full input voltage range and full load; achieved a primary peak current compensation, and the bottom turned on; so the test results satisfy the design requirements.

KEYWORDS: Primary side feedback, Constant current control, algorithm, primary sampling, power adapter,

目录

基于原边反馈反激变换器的高精度恒流控制算法设计 I

摘 要 I

Abstract 2

第1章 绪论 3

1.1 课题研究的背景及意义 3

1.2 国内外研究现状 4

1.3 论文研究内容与设计指标 5

1.4 论文主要框架结构 5

第2章 原边反馈反激变换器的恒流工作原理 6

2.1 原边反馈反激变换器电路结构 6

2.2 拐点跟踪采样原理 9

2.3 恒流控制原理 11

第3章 原边反激变换器恒流策略设计 13

3.1 恒流控制算法 14

3.2 模式切换算法 16

3.3 峰值电流补偿算法 19

3.4 复位时间算法 20

3.5 谷底导通算法 22

第4章 硬件语言实现及Simulink仿真 24

4.1 模型参数 24

4.2 恒流算法硬件语言仿真分析 24

第5章 总结及展望 27

5.1 总结 27

5.2 展望 27

致谢: 28

参考文献（References） 29

绪论

课题研究的背景及意义

近来电子技术的迅猛发展使得移动智能设备非常普及，而每一部移动电子设备（如手机、笔记本电脑、电动车、LED等）都必须带有一个电源适配器。因为电流的波动会影响电路的工作性能，当电路集成度提高后更明显，而且庞大的市场对稍许优化也很敏感，所以对开关电源控制策略的研究需求很大，其数字芯片已成为国际上数模混合集成电路的研究热点。因为反激式电源的恒流精度越高，对电池的匹配要求就越低，同时，较高的恒流恒压精度也使得电池充电更快速，更高效。而传统的次极端反馈电源组件数目较多，这导致了电路板面积大，成本高，且平均失效时间缩短。并且，采样电阻上的功率会被损耗，导致电源效率不高；光耦合器的温度特性很差，影响精度，而且其在低频时存在一个极点，将使器件失效。因此，一般都首选原边调制（PSR：Primary Side Regulation）技术，它使用一个辅助绕组来检测电压和电流，能在变压器原边检测出所需信息，不在次级电路进行采样，这样便隔离了输入与输出，还无需使用TL431和光耦合器，减少了器件数目，使电路拓扑简单，成本降低，可靠性和效率提高。

PSR反激变换器可以有两种充电方法：一种是恒定电压（CV：Constant Voltage）充电法，另一种是恒定电流恒定电压（CC/CV：Constant Current/Constant Voltage）充电法。CV 充电方法是在电池两端加上满充电压并保持，通过最大不超过电池承载能力的充电电流给电池充电。当电池内电量增高，电池两端的电压也逐渐增加，达到满冲电压后停止，压差减小时电流也逐渐减小，当充电电流小于一个设定值后即电池已被充满，并关断充电器以确保安全。这种方法的比较传统，优点是电路简单，因此成本低，但是由于电池的充电电流从能承受的最大值开始逐渐减小，因此充电速度无法保证，在这个追求效率的时代只能被淘汰。而CC/CV 充电方法则先以恒流，再以恒压给电池充电，这种充电方法可以获得更快的充电速度。因为它先恒定以接近电池可承受的最大的恒定的电流对电池充电，直到电池两端的电压升高至满冲电压时，循环检测这时的充电电流大小，当电流小于一定阈值时则判定电池已满，并切换至恒压充电以保护电池避免过冲现象。这种充电方法虽然原理和电路结构上比恒压充电复杂，但是它以空间换取了时间，很好地弥补了恒压充电效率低的缺点。这是目前最受欢迎的充电方式。

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