文献综述
摘要：当今社会移动智能设备发展迅速，充电器和试配器的性能也显得越来越重要。反激式变换器由于其结构简单，低成本，输入输出隔离以及需要的组件少等特点，广泛应用于小功率电源适配器。原边反馈反激变换器仍存在一些问题。例如采样不精确，复合多模式切换不稳定，缺少线补偿等。原边反馈反激控制器通过感应初级辅助绕组上的电压实现反馈一个高精度输出电压。其中原边反馈恒压控制方法是通过采样辅助绕组的电压来间接的采样输出电压，而消除以上的问题是目前需要关注关注的。本课题主要研究原边反馈反激变换器的数字采样方法，如何降低采样成本的同时，实现原边峰值电流补偿，谷底导通，输出线补偿。
关键词：反激式变换器 原边反馈反激控制器 恒压控制方法 辅助绕组电压 输出线补偿
1.课题背景
目前，国际上数模混合集成电路的一个研究热点是开关电源管理芯片。而反激式电源具有电路结构简单、适合多组输出要求、输入电压对输出影响小、成本低等优点[1]，广泛用于低功率电源中。近些年来诸如智能手机，笔记本电脑等移动便携设备迅猛发展，其相应电源适配器也必须紧跟步伐，这无疑推动了反激变换器的进一步发展。
反激式电源的电路拓扑结构为反激变换器，其根据控制方式的不同可以分为原边反馈和副边反馈。副边反馈在变压器原边和副边之间引入一个光耦，通过光耦采样输出信息，副边反馈虽然能够提供精确的恒流和恒压控制，但是副边反馈的电路组件数目较多、可靠性较低、成本较高，而且光耦在高温下不能正常工作。原边反馈的主要特点是在变压器中引入一个辅助绕组，通过辅助绕组在变压器原边进行输出信息采样[2]。原边反馈与副边反馈相比，原边反馈不需要光耦，减少了电路组件并且可靠性提高，所以目前主要应用的就是原边反馈。
原边反馈反激控制器根据控制环路实现方式的不同可以分为数字控制方式和模拟控制方式，传统原边反馈反激控制器采用模拟控制方式，与数字控制方式相比，模拟控制方式虽然更加成熟，但是模拟控制方式有可测试性低、温度漂移高、适应能力低、集成度低等不足，随着电子设备结构技术功能等方面的升级，数字化是目前电源控制方式的主要趋势。数字控制方式由于灵活性高、控制适应能力强、可测试性高、集成度高等优点，越来越受到青睐[3]。
数字控制方法主要有两种，第一种是利用模拟数字转换器(ADC)，ADC能够准确的实现采样，但对ADC的采样要求很高，实现成本过高；第二种是基于数字模拟转换器(DAC)的跟随采样方法，但是DAC在动态过程无法及时快速的捕捉采样时刻与采样电压，使得变换器的动态性能下降。数字控制方法中的原边反馈恒压控制方法是通过采样辅助绕组的电压来间接的采样输出电压，而如何补偿反激变换器所接USB线上内阻的电压损耗，设计一种输出线补偿的方法，随着输出电流的改变自适应的改变补偿值，从而使负载端输出电压一直维持在额定电压，实现真正的恒流输出，是论文着力要解决的问题。由目前的分析可知，输出线补偿的关键点在于补偿值的计算和环路稳定性的保持。
2.研究现状
包含光耦的副边反馈控制方式[4]最早是由MahmoudP．sayani等人提出，这种方式提高了电源隔离的安全性。但是副边反馈控制使用光耦等器件，增加了电路的面积和成本，这与开关电源小型化的趋势相悖，并且光电耦合器在高温下无法正常工作。为了解决副边反馈带来的问题，产生了原边反馈控制方式，原边反馈控制方式通过在变压器原边引入一个和副边绕组同名端方向相同的辅助绕组，通过采样辅助绕组获得输出信号信息。Che．wd challg等人对原边反馈控制方式的采样误差进行了分析，定位了PSR控制的理想采样点[5]。随后Tsung-Yao Chiang等人通过改进辅助绕组上采样电路，减小了振铃现象对采样结果的影响[6]。
传统的控制环路一般采用模拟控制方式，在模拟控制方式中，电源系统控制核心部分采用模拟电路。Tanes Tanitteerapan等人提出了一种电感电压控制技术，通过采样电感两端电压进行环路控制，系统效率和功率因数值有所提高。而后Manin K．H．Cheung等人通过在控制环路里引入陷波滤波器和预测控制技术，使电压控制环路的带宽增大，输出电容减小。但是由于模拟电路电路本身存在缺点，数字控制的研究逐渐成为趋势，研究人员对数字控制环路进行大量研究如：在文献[7]中提出了一种应用增量式数字PI控制和占空比补偿相结合的技术，使数字控制环路的动态响应有所提高。文献[8]中提出了一种对输出功率大小可外部编程的数字控制环路设计，增加了电源设计的灵活性。文献[9]中Angel De Castro等人提出了一种基于FPGA的数字控制AC-DC电源，应用VHDL硬件描述语言实现控制算法，增大了设计的灵活性和技术的独立性。在文献[10]中Banleto LHSC等人对同样的电源系统应用数字和模拟两种不同的控制方式实现，并对测试结果进行了对比，结果表明数字控制方式的主要优势体现在了成本和控制灵活性上。在文献[11]中A1i Emadi提出了一种新型的数字控制方案，直接根据输出电压的大小来进行占空比的调节，控制方案简单实用。
早期数字控制环路采用单一控制模式实现[13]，系统的平均效率普遍偏低。为了解决这个问题Zhang J等人提出了一种数字多模式控制方案，当负载小于一定水平时,系统工作在PFM模式，系统轻载时的转换有一定程度的提高。在文献提出一种了准谐振模式：重载采用QR模式，在中载附近采用脉冲宽度调制控制模式，在轻载范围采用PFM控制模式，这使得系统的平均效率得到了提高，但是输出电压纹波较大。上述两种控制方式，虽然使电源的转换效率有效提高，但是系统的静态功耗仍需要进行优化。Fuhua等人提出了一种跳周期调制工作模式[16]，在待机时系统选择性跳过一些周期，这个方法待机功耗和极轻载效率得到了优化，但是在待机或极轻载下动态响应会比较慢。为了解决这个问题，Li Y 和Zheng提出了一种数字复合多模式控制环路方案[17]，系统的工作模式根据输出负载的不同进行多次切换，在重载时工作在PWM模式，负载的减小，则工作在PFM模式，当开关频率减小到一定程度后，将深脉冲宽度调制模式下工作，随着负载的继续减小，系统工作模式变为深脉冲频率调制模式，这时开关频率会降到1KHz左右，系统的待机功耗和极轻载的转换效率都得到了优化。
