隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的深入,“智慧物聯(lián)”越來(lái)越多地在人們的生活和工作場(chǎng)景中被應(yīng)用。隔離電源因其能在電氣隔離的情況下實(shí)現(xiàn)能量傳輸?shù)奶匦?以及抗干擾性好、隔離度高、體積小、可集成度高等優(yōu)勢(shì),在醫(yī)療設(shè)備、電子通信、智慧家電和工業(yè)監(jiān)測(cè)等應(yīng)用中備受青睞。隔離電源大多存在轉(zhuǎn)換效率不高的情況,如何提高隔離電源的效率具有重要的研究意義。本文主要對(duì)隔離電源中能耗較高的整流電路模塊進(jìn)行研究與設(shè)計(jì),通過(guò)對(duì)整流模塊的優(yōu)化進(jìn)一步提高隔離電源的功率轉(zhuǎn)換效率。利用柵極交叉耦合、自舉電容、動(dòng)態(tài)體偏置和有源二極管等全波整流技術(shù),設(shè)計(jì)了三種CMOS高頻整流電路:無(wú)源整流電路、PMOS有源整流電路和有源自舉整流電路。三種整流電路應(yīng)用于隔離電源系統(tǒng)時(shí),均能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出,其中無(wú)源整流電路和有源自舉整流電路在高頻下具有良好的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率,其功率轉(zhuǎn)換效率分別在73%和83%左右。所設(shè)計(jì)的隔離電源系統(tǒng)由整流電路、振蕩器和變壓器等主要能耗模塊,以及基準(zhǔn)電源、偏置電路、PWM信號(hào)和環(huán)路補(bǔ)償?shù)韧鈬K組成。在系統(tǒng)上電后,振蕩器在原邊產(chǎn)生頻率為196MHz的交流信號(hào),由變壓器耦合至副邊,經(jīng)CMOS全波整流以及環(huán)路控制后產(chǎn)生穩(wěn)定的直流輸出。隔... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

隔離電源系統(tǒng)組成

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6目前，隔離器件按隔離技術(shù)可分為電容隔離器、光耦隔離器和磁耦合隔離器[14]。其中，電容隔離器是利用電容隔離直流的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離與傳輸，交流信號(hào)通過(guò)RC高通濾波網(wǎng)絡(luò)傳輸至副邊電路，其結(jié)構(gòu)如圖2-2(a)所示。光耦隔離利用光來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸與隔離，通常由發(fā)送模塊和接收模塊共同組成，其結(jié)構(gòu)如圖2-2(b)所示。輸入信號(hào)在發(fā)光二極管上產(chǎn)生一定波長(zhǎng)的光，傳輸?shù)浇邮漳K上被光敏器件接收后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再通過(guò)放大器放大輸出，以實(shí)現(xiàn)電氣隔離和電能→光能電能的能量轉(zhuǎn)化與傳輸過(guò)程。磁耦隔離也稱為變壓器隔離，它利用變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生磁通，在次級(jí)線圈中感應(yīng)出電流，通過(guò)磁場(chǎng)的變化來(lái)進(jìn)行信號(hào)傳輸，其拓?fù)淙鐖D2-2(c)所示。(a)(b)(c)圖2-2常用的三種隔離器件；(a)電容隔離；(b)光耦隔離；(c)磁耦合隔離表2-2不同隔離器件的特點(diǎn)比較隔離器類(lèi)型優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)集成度基于SiO2的電容式數(shù)字隔離器低功耗壽命長(zhǎng)隔離能力較差抗干擾能力差高基于聚合物的光耦隔離器隔離能力強(qiáng)抗噪聲和外部干擾能力強(qiáng)高功耗反應(yīng)慢低基于聚酰亞胺的磁耦合數(shù)字隔離器隔離能力強(qiáng)信號(hào)傳輸快易受外部磁場(chǎng)影響功耗高高表2-2為三種隔離器件的代表性產(chǎn)品的特點(diǎn)比較。三類(lèi)隔離器件中，磁耦合隔離器件在隔離能力、傳輸速度、穩(wěn)定性和集成度方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，因此我們

第二章隔離電源系統(tǒng)7在設(shè)計(jì)中選擇磁耦合隔離方式來(lái)對(duì)隔離電源進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖2-3為隔離電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。功率隔離器中的電感線圈與M1/M2晶體管的柵極電容形成LC諧振，經(jīng)振蕩在變壓器的原邊產(chǎn)生頻率較高的交流信號(hào)VAC經(jīng)過(guò)功率隔離器傳輸?shù)阶儔浩鞲边�，�?jīng)過(guò)全波整流電路整流得到直流輸出VISO。負(fù)載的變化通過(guò)分壓電阻傳輸至誤差放大器輸入端，其與基準(zhǔn)電壓的差值被誤差放大器放大后與三角波電路共同經(jīng)過(guò)比較器產(chǎn)生PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)通過(guò)數(shù)字編碼、譯碼后傳輸至振蕩器的尾管柵極，根據(jù)占空比調(diào)節(jié)振蕩器的工作時(shí)間。數(shù)字隔離器的運(yùn)用使得隔離系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了良好的模擬-數(shù)字-模擬之間的隔離，同時(shí)，由電阻Ra、Rb和電容C1、C2組成電壓反饋網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸出變化進(jìn)行補(bǔ)償，使得系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。隔離系統(tǒng)有兩種電壓轉(zhuǎn)換方式：3.3V-3.3V，5-5V，通過(guò)片外選擇信號(hào)VSEL實(shí)現(xiàn)輸出的轉(zhuǎn)換。圖2-3隔離電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2振蕩器與外圍電路2.2.1振蕩器的設(shè)計(jì)振蕩器是一種能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號(hào)輸出的電子電路，在醫(yī)療器械、電子電路和工業(yè)等諸多領(lǐng)域均有應(yīng)用。負(fù)阻型振蕩器在發(fā)展中逐漸演變出B類(lèi)振蕩器[15]、C類(lèi)振蕩器[16]和D類(lèi)振蕩器[17]。在應(yīng)用中，我們期望振蕩器有較高的電壓幅度、優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率、良好的頻率穩(wěn)定度和相位噪聲。常用的B類(lèi)振蕩器結(jié)構(gòu)如圖2-5(a)所示，而D類(lèi)振蕩器在結(jié)構(gòu)上比B類(lèi)振蕩器少了尾電流源和尾電容，有著更好的相位噪聲。D類(lèi)振蕩器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-4所示，主要由

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碩士論文
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