發(fā)布時間：2021-06-13 19:12

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)概念的深入,“智慧物聯(lián)”越來越多地在人們的生活和工作場景中被應(yīng)用。隔離電源因其能在電氣隔離的情況下實現(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,在醫(yī)療設(shè)備、電子通信、智慧家電和工業(yè)監(jiān)測等應(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。本文主要對隔離電源中能耗較高的整流電路模塊進行研究與設(shè)計,通過對整流模塊的優(yōu)化進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、動態(tài)體偏置和有源二極管等全波整流技術(shù),設(shè)計了三種CMOS高頻整流電路:無源整流電路、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,均能實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出,其中無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,以及基準電源、偏置電路、PWM信號和環(huán)路補償?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,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

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：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實現(xiàn)信號的隔離與傳輸，交流信號通過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。光耦隔離利用光來實現(xiàn)信號的傳輸與隔離，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。輸入信號在發(fā)光二極管上產(chǎn)生一定波長的光，傳輸?shù)浇邮漳K上被光敏器件接收后轉(zhuǎn)化為電信號，再通過放大器放大輸出，以實現(xiàn)電氣隔離和電能→光能電能的能量轉(zhuǎn)化與傳輸過程。磁耦隔離也稱為變壓器隔離，它利用變壓器初級線圈產(chǎn)生磁通，在次級線圈中感應(yīng)出電流，通過磁場的變化來進行信號傳輸，其拓撲如圖2-2(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比較隔離器類型優(yōu)勢劣勢集成度基于SiO2的電容式數(shù)字隔離器低功耗壽命長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抗噪聲和外部干擾能力強高功耗反應(yīng)慢低基于聚酰亞胺的磁耦合數(shù)字隔離器隔離能力強信號傳輸快易受外部磁場影響功耗高高表2-2為三種隔離器件的代表性產(chǎn)品的特點比較。三類隔離器件中，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，因此我們

第二章隔離電源系統(tǒng)7在設(shè)計中選擇磁耦合隔離方式來對隔離電源進行設(shè)計。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VAC經(jīng)過功率隔離器傳輸?shù)阶儔浩鞲边�，�?jīng)過全波整流電路整流得到直流輸出VISO。負載的變化通過分壓電阻傳輸至誤差放大器輸入端，其與基準電壓的差值被誤差放大器放大后與三角波電路共同經(jīng)過比較器產(chǎn)生PWM信號，該PWM信號通過數(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)振蕩器的工作時間。數(shù)字隔離器的運用使得隔離系統(tǒng)實現(xiàn)了良好的模擬-數(shù)字-模擬之間的隔離，同時，由電阻Ra、Rb和電容C1、C2組成電壓反饋網(wǎng)絡(luò)對輸出變化進行補償，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，通過片外選擇信號VSEL實現(xiàn)輸出的轉(zhuǎn)換。圖2-3隔離電源系統(tǒng)設(shè)計2.2振蕩器與外圍電路2.2.1振蕩器的設(shè)計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。負阻型振蕩器在發(fā)展中逐漸演變出B類振蕩器[15]、C類振蕩器[16]和D類振蕩器[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類振蕩器結(jié)構(gòu)如圖2-5(a)所示，而D類振蕩器在結(jié)構(gòu)上比B類振蕩器少了尾電流源和尾電容，有著更好的相位噪聲。D類振蕩器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2-4所示，主要由

【參考文獻】：
期刊論文
[1]醫(yī)療設(shè)備中開關(guān)電源的隔離和應(yīng)用[J]. 趙宏杰,李冶.  醫(yī)療裝備. 2020(05)
[2]電源技術(shù)在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的發(fā)展[J]. 李林.  中國科技信息. 2020(Z1)
[3]電源電子技術(shù)在降低能耗中的研究[J]. 姚煜.  電子世界. 2020(02)
[4]醫(yī)用隔離電源及其在醫(yī)院的應(yīng)用[J]. 崔志凱.  智慧健康. 2019(34)
[5]電子電氣電路的隔離技術(shù)分析[J]. 莊文卿.  電子世界. 2019(04)
[6]TI新型隔離器件為工業(yè)與汽車系統(tǒng)保駕護航[J]. 蘆瀟靜.  單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2018(12)
[7]一種用于汽車防撞雷達的高隔離度陣列天線[J]. 樊宇星,何芒.  微波學(xué)報. 2018(S1)
[8]淺談醫(yī)用隔離電源在ICU病房中的應(yīng)用[J]. 管德賽.  現(xiàn)代醫(yī)院. 2015(11)
[9]隔離電源及其在高壓氧艙的應(yīng)用[J]. 張敦曉,魏建芬,羅學(xué)文.  醫(yī)療衛(wèi)生裝備. 2014(04)
[10]醫(yī)用隔離電源及其在醫(yī)院的應(yīng)用[J]. 劉建新,邢家偉,王博,王亞萍,蘇磊.  中國醫(yī)療設(shè)備. 2013(01)

碩士論文
[1]具有高共模瞬態(tài)抑制的片上變壓器設(shè)計與研究[D]. 陳舉龍.電子科技大學(xué) 2018
[2]基于CMOS工藝的電感電容振蕩器相位噪聲和電流效率研究[D]. 王子松.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015
[3]基于片上變壓器的電源隔離芯片的研究與設(shè)計[D]. 盛詩敏.電子科技大學(xué) 2014
[4]基于片上變壓器的數(shù)字隔離器的分析與設(shè)計[D]. 張風(fēng)體.電子科技大學(xué) 2014



本文編號：3228154