【摘 要】
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AC-DC变换器作为快充技术的核心,广泛应用于各类便携式电子设备的适配器中,大功率、高效率、小型化是当前AC-DC变换器发展的主要趋势。传统反激变换器由于结构简单、成本较低,广泛应用于100W以下的中小功率输出等级的适配器中,然而由于漏感能量的耗散与功率管的硬开关,传统反激变换器效率较低且难以适应更高频的应用场景。有源箝位反激变换器能够实现漏感能量的有效回收以及降低开关管的开关损耗,在更大的功率等
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AC-DC变换器作为快充技术的核心,广泛应用于各类便携式电子设备的适配器中,大功率、高效率、小型化是当前AC-DC变换器发展的主要趋势。传统反激变换器由于结构简单、成本较低,广泛应用于100W以下的中小功率输出等级的适配器中,然而由于漏感能量的耗散与功率管的硬开关,传统反激变换器效率较低且难以适应更高频的应用场景。有源箝位反激变换器能够实现漏感能量的有效回收以及降低开关管的开关损耗,在更大的功率等级实现AC-DC变换器的高效化与小型化,然而结合氮化镓功率管的有源箝位反激变换器系统方案的市场占有率不高,其根本原因是其高昂的成本。基于性价比更高的超级结功率管（CoolMOS）,对提高有源箝位反激变换器效率的关键技术进行了研究。基于CoolMOS设计了额定功率为65W（20V,3.25A）的有源箝位反激变换器,系统工作频率可超300k Hz。为了提高有源箝位反激变换器的多点效率,提出了多模式控制方案,在不同负载情况下使用四种不同的工作模式提高系统在全负载范围内的表现。为了提高系统效率,基于两个功率管死区时间内的工作原理,提出了针对箝位管的零电压开通方案以及针对主功率管的自适应死区时间控制方案。为了验证本课题所提出的系统控制方案与死区时间控制方案的有效性,基于SMIC 180nm工艺,对有源箝位反激变换器的控制芯片进行了设计,核心电路包含模式控制电路与自适应死区时间调整电路两部分,对所提出的系统控制方案与死区控制方案进行了系统仿真验证,仿真结果表明,系统在四种工作模式下的都能稳定工作,模式切换无不稳定问题,各项指标符合设计要求。箝位管能够实现零电压开通、主功率管能够实现设定电压状态的开通。系统后仿峰值效率为94.49%、四点平均效率为93.83%、10%负载效率为91.29%,均超过CoC V5Tier2欧洲能效标准规定,验证了本文设计方案的有效性。
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