论文总字数：29308字

摘 要

随着便携式电子设备的普及，对其充电器以及适配器也提出了更高的要求。数字控制的原边反馈反激电源，因为其具有电路结构简单，功耗低，精度高等优点，正逐渐占据该类电源的高端市场。在该类电源拓扑中，如何在小面积和低功耗的前提下，确保输出电压采样电路的高检测精度是一个关键问题，也是本文所主要研究的内容。

本文首先通过对输出电压的波形建模，从而找到需要采样的电压值，也就是电压的拐点，在对电压拐点附近波形深入分析的基础上，采用了一种电压拐点逼近的采样架构。这种架构与以往传统的采样架构相比，并不采用模拟-数字转化器(ADC)的结构，使电路结构变得更加简单。根据建模得到的拐点电压波形，对输出电压采样系统在Matlab中的Simulink环境下进行了系统级的设计，根据所需输出电压的恒压精度，分别在开环以及闭环的情况下进行了仿真。本文主要研究了闭环PSR反激变换器输出恒压的过程，也就是脉冲宽度调制的原理，针对输出电压逼近采样算法，调用了Simulink里面的系统函数进行编写，采用两个参考电压逼近拐点电压的方法编写出了这个函数。

仿真结果表明，负载不变时，闭环系统下的最大恒压输出误差为0.045V，输出恒压精度为0.9%；输入电压不变时，闭环情况下的最大恒压输出误差为0.04V，输出恒压精度为0.8%，满足设计的要求与实际的应用需求。

关键词：原边反馈反激电源，拐点电压逼近采样，恒压输出精度，数字控制

Abstract

Because portable electronic devices become more popular, their chargers and adapters ask for higher requirements. Because primary-side regulation flyback has many advantages, such as: a simple circuit structure, low power consumption and high precision, it gradually occupies high-end market. In such power supply topology, how to ensure that output voltage sampling circuit has higher detection accuracy in a small area and in case of lower power consumption is a key issue and main content the paper focuses on.

Firstly, we model the output voltage to find the voltage value needed to sample, which is the voltage of the knee point. In the depth analysis of the voltage waveform of the knee point, we propose a voltage approaching the knee point sampling architecture. This architecture compared with the previous tradition, it does not use an analog-digital -converter structure, so the circuit configuration becomes easier. According to the knee voltage waveform obtained by modeling, we design output voltage sampling system in Matlab’s Simulink environment at the system-level. Depending on the desired accuracy of the output constant voltage, we simulate respectively in open loop and closed loop situation. This paper mainly studies the process how closed-loop PSR flyback converter export constant voltage, it is also the principle of pulse width modulation. For realizing output voltage approach sampling algorithm, we use system functions which utilizes two reference voltages approaching the knee point voltage.

The simulation results show that when load is constant, constant maximum output error under closed-loop system is 0.045V and constant voltage accuracy is only 0.9%; when the input voltage is constant, constant maximum output error under closed-loop system is 0.04V and constant voltage accuracy is only 0.8%. It meets the design’s requirements and actual application requirements.

Keyword: primary-side regulation flyback, knee voltage sampling approach, constant output accuracy, digital control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 - 1 -

1.1 研究背景 - 1 -

1.2 反激变换器的发展 - 3 -

1.3 国内外的研究现状 - 5 -

1.4论文的研究内容和结构 - 6 -

第二章 原边反馈反激变换器的工作原理 - 7 -

2.1基本工作原理 - 7 -

2.2实际应用中的非理想状况 - 11 -

2.3拐点跟踪采样 - 12 -

2.4本章小结 - 13 -

第三章 采样电压波形的分析和算法设计 - 15 -

3.1采样电压波形建模 - 15 -

3.2采样电压开环模型仿真验证 - 18 -

3.3采样算法设计 - 23 -

3.4本章小结 - 25 -

第四章 闭环PSR反激变换器Simulink环境下的仿真、验证 - 26 -

4.1原边反馈反激变换器PWM模式下的恒压原理 - 26 -

4.2 S函数中拐点逼近采样的算法 - 27 -

4.3 本章小结 - 30 -

第五章 总结和展望 - 31 -

5.1 总结 - 31 -

5.2 展望 - 31 -

致 谢 - 32 -

参考文献 - 33 -

第一章 绪 论

1.1 研究背景

在信息化高速发展的今天，伴随着人们对各类手机、平板和电脑等消费类电子产品需求的强烈增加，直接加快了各类电子产品的更新换代速度，随之带来的难题便是对电源模块性能的要求越来越高 ^[1]。电源模块是各类电子设备中的重要组成部分，它性能的好坏直接影响到电子的主设备是否能够达到设计指标以及是否能够安全稳定地工作。现在市面上比较主流的直流稳压电源包括了线性电源和开关电源两大类^[2]。

传统的线性电源拥有电路的结构较为简单、输出电压的稳定性能好、输出电压的纹波浮动比较小、外围器件少并且静态电流低等一系列的优点。与此同时的问题便是它必须要通过大规模的变压器与电网隔离开来才能正常地工作，与开关电源相比，它最大的劣势是由于其在调整工作的时候，承受了比较大的压降，因此芯片的内部损失掉的功率很大，所以它不能满足现在的集成度低、功耗要求低、小型化以及电子产品携带轻便的要求，因此线性电源在市场的竞争中逐渐被淘汰。

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