有源桥式整流器的开关控制芯片设计

发布时间：2017-10-17 07:09

  本文关键词：有源桥式整流器的开关控制芯片设计

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【摘要】：当今社会,能源日益紧缺,为了响应国家节能减排的号召,电子领域也兴起了一股研究开发节能高效型电路结构的热潮。众所周知,传统的无源二极管桥式整流器在电力、电讯系统中应用十分广泛,然而在高功率应用中,二极管会消耗大量的功率,而且当采用低电压输入时,两个固有的二极管压降将大幅削减工作电压,另外二极管的发热损耗问题也不容小视。针对以上问题,本文基于600V BCD工艺设计了一款有源桥式整流器的开关控制芯片。有源桥式整流器采用低损耗的N型功率MOSFET管替代了传统二极管,从而大大降低了整流电路的功率损耗并且也一定程度地增加了可用电压,电源效率的提升使得对散热的要求大大降低,因此也免除了笨重的散热器,从而可使电源尺寸缩小。与传统二极管全桥整流相比,有源桥式整流可实现高空间利用率和电源效率的整流,有很高的应用价值,这也正是本论文的创新点所在。本文首先分析各简单整流结构的基本原理,了解同步整流技术以及过零检测技术,确立了有源桥式整流器的工作模式,提出了芯片的整体模块结构,并详细阐述了本芯片设计中一些关键部分的设计思路。随后分别对过零检测模块和栅驱动模块进行详细地分析与设计,特别是栅驱动模块,内部子单元众多,本文分别对栅驱动模块的输入级、死区时间产生、高端电平位移、低端延时匹配、欠压保护和输出级这六个子单元进行详细地分析与设计,并分别进行了仿真。在完成各个模块及模块内部子单元的分析设计后,利用仿真软件对有源桥式整流器的整体电路进行仿真,以确保其整流功能满足设计指标。最后给出了本设计成功利用功率MOSFET代替传统整流二极管实现桥式整流的结果。通过本次毕业设计,作者验证了有源桥式整流的可行性,虽然芯片内部设计还有些许不完善的地方,但也实现了减少功耗的目的,相信不久的未来,各种新型节能整流结构会越来越有市场,发展的速度也会越来越快。
【关键词】：功率MOSFET 桥式整流 同步整流 过零检测 栅驱动
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM461;TN402
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题的背景与研究意义9-10
• 1.2 国内外发展的历史与现状10-12
• 1.3 本论文的结构安排12-14
• 第二章 芯片整体电路的分析与设计14-25
• 2.1 传统整流电路拓扑14-18
• 2.1.1 半波整流电路14-15
• 2.1.2 全波整流电路15-16
• 2.1.3 桥式整流电路16-18
• 2.2 同步整流技术18-20
• 2.2.1 功率MOSFET简介18-19
• 2.2.2 同步整流原理19-20
• 2.3 过零检测技术20-21
• 2.4 芯片的系统设计21-23
• 2.5 芯片总体设计指标23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第三章 电路子模块的设计与仿真25-57
• 3.1 过零检测模块25-28
• 3.1.1 模块电路结构及工作原理25-27
• 3.1.2 电路仿真结果及分析27-28
• 3.2 栅驱动模块28-56
• 3.2.1 输入级电路单元28-36
• 3.2.1.1 单元电路结构及工作原理28-35
• 3.2.1.2 电路仿真结果及分析35-36
• 3.2.2 死区时间产生单元36-41
• 3.2.2.1 单元电路结构及工作原理36-40
• 3.2.2.2 电路仿真结果及分析40-41
• 3.2.3 高端电平位移单元41-48
• 3.2.3.1 单元电路结构及工作原理41-46
• 3.2.3.2 电路仿真结果及分析46-48
• 3.2.4 低端延时匹配单元48-50
• 3.2.4.1 单元电路结构及工作原理48-49
• 3.2.4.2 电路仿真结果及分析49-50
• 3.2.5 欠压保护单元50-53
• 3.2.5.1 单元电路结构及工作原理50-52
• 3.2.5.2 电路仿真结果及分析52-53
• 3.2.6 输出级电路单元53-56
• 3.2.6.1 单元电路结构及工作原理53-55
• 3.2.6.2 电路仿真结果及分析55-56
• 3.3 本章小结56-57
• 第四章 整体电路的仿真与分析57-62
• 4.1 芯片外围拓扑57-58
• 4.2 整体电路仿真58-59
• 4.3 内部模块工作状态仿真59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 全文总结62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66
• 攻读硕士学位期间取得的成果66-67

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本文编号：1047461