基于AC-DC開關(guān)電源系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計及穩(wěn)定性研究.pdf

1、AC-DC開關(guān)電源系統(tǒng)由于具有效率高、體積小、功耗低、可靠性能高、輸出電壓范圍大等優(yōu)點，目前已被廣泛應(yīng)用于各類家用或工業(yè)電子設(shè)備當(dāng)中。但由于其工作在高電壓、大電流的開關(guān)狀態(tài)下，電磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)性問題相當(dāng)突出。傳統(tǒng)的設(shè)計理念已無法適應(yīng)用電設(shè)備高轉(zhuǎn)換效率、低待機損耗、低電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)的發(fā)展趨勢，這就造成了電磁兼容問題以

2、及由電磁兼容問題引發(fā)一系列電路穩(wěn)定性問題，越來越成為AC-DC設(shè)計工作的重心。
　　 在這種背景下，本文針對典型AC-DC開關(guān)電源系統(tǒng)的工作原理和電磁干擾產(chǎn)生機理進行深入研究，自下而上地解決AC-DC開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計中的電磁兼容設(shè)計問題和穩(wěn)定性設(shè)計問題，其中包含以下幾方面創(chuàng)新性成果：
　　 1)針對AC-DC開關(guān)電源控制IC的交流特性，提出誤差放大器和功率驅(qū)動電路這兩個核心電路模塊的改進措施，提出一種采用源端交叉耦合輸入

3、級的軌對軌型跨導(dǎo)運算放大器，在提高輸出驅(qū)動能力的前提下，有效降低偏置電流輸入和環(huán)路帶寬，有效濾除高頻干擾信號的影響；然后對功率驅(qū)動電路的平衡輸出的意義進行探討，提出一種能夠有效平衡驅(qū)動能力、驅(qū)動延遲和死區(qū)時間的精簡驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)，在滿足驅(qū)動能力要求的前提下實現(xiàn)驅(qū)動噪聲的有效降低。通過對控制環(huán)路中的這兩個關(guān)鍵電路的改進，實現(xiàn)片內(nèi)控制電路電磁兼容性能的整體提升。
　　 2)針對AC-DC控制策略的環(huán)路穩(wěn)定性如何改進這一問題，提出了一種

4、可自適應(yīng)電感誤差的補償控制方法，避免電感誤差造成的高頻噪聲和環(huán)路振蕩風(fēng)險；同時提出一種更精簡、更高效的跳周期調(diào)制模式(Pulse Skipping Modulation，PSM)調(diào)制策略，將控制環(huán)路的誤差放大器精簡為誤差比較器，縮減輸出采樣時間來回避噪聲引入，達到從環(huán)路控制原理層面上提高整個環(huán)路的電磁兼容可靠性的目的。
　　 3)綜合探討版圖布局中的襯底噪聲抑制，從物理隔離、布局優(yōu)化、布線優(yōu)化和片上去耦結(jié)構(gòu)四個方面論述如何抑制襯

5、底耦合噪聲，以一個功率因數(shù)校正芯片的版圖布局為例進行分析，為在版圖布局中各種噪聲抑制手段的合理使用提供依據(jù)，保證芯片電路能夠達到設(shè)計預(yù)期。
　　 4)研究AC-DC開關(guān)電源板級電路的噪聲抑制方法，采用電磁帶隙(Electromagnetic-bandgap，EBG)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)板級電路的EMI和高頻開關(guān)噪聲抑制的思路。針對現(xiàn)有EBG結(jié)構(gòu)存在的一些不足，分別提出一種具有L型延伸結(jié)構(gòu)的立體EBG結(jié)構(gòu)和一種蛇形長導(dǎo)線的二維EBG結(jié)構(gòu)，解決