一种电流模式PWM开关电源控制器的设计

论文摘要

近年来,随着我国经济的发展,计算机、通讯等行业对电源产品需求不断的增长,电源控制器的研究已成为国内功率电子学领域中的一大热点。传统的线性稳定电源因为输出精度低、效率低、散热问题大以及很难在一个通用的输入电压范围内工作,逐渐被体积小,重量轻,稳定可靠的开关电源所取代。所以选择以开关电源控制器芯片作为课题,不仅具有理论意义,同时也有很大的经济效益和社会效益。基于双极工艺,本文主要完成了一种电流型PWM控制器的设计。本文首先分析了脉冲宽度调制（Pulse-width modulation,PWM）控制芯片的工作原理。之后阐述了脉冲宽度调制和脉冲频率调制的工作原理。对电压反馈和电流反馈两种控制模式进行了原理阐述和特点对比,然后根据设计要求进行了本文整体电路的设计。根据功能需要设计了整体电路框图,确定设计参数要求。接着分块设计了芯片内部各个功能模块,包括高增益、宽带宽的PWM比较器、带隙基准电压源、外接定时电容的振荡器、过欠压保护电路、斜坡补偿电路、温度保护电路等。利用Cadence EDA设计工具,对各功能块都进行了仿真。仿真结果表明:这款开关电源芯片,工作温度范围0℃-150℃;工作频率65KHz;最大功率18W,该控制器很好的满足了设计要求,完成了该集成电路的前端设计。整体电路采用华润晶芯1.8μm Bipolar工艺库设计,使用Cadence Spectre作电路仿真,使用Cadence Composer绘制版图,介绍了实现电路的工艺流程和版图层次。对版图进行DRC、LVS验证,完成了整体设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的实际应用意义
• 1.2 电源技术的发展与方向
• 1.2.1 线性电源和开关电源
• 1.2.2 电源管理技术的发展方向
• 1.3 开关电源的市场前景和研究现状
• 1.4 本文的工作重点
• 2 开关电源控制器的电路原理
• 2.1 开关电源电路的基本原理
• 2.2 开关电源的调制模式
• 2.2.1 PWM脉冲宽度调制
• 2.2.2 PFM脉冲频率调制
• 2.3 开关电源的反馈控制模式
• 2.3.1 电压控制模式
• 2.3.2 电流控制模式
• 2.3.3 两种控制模式比较
• 2.4 开关电源的拓扑结构
• 3 具体电路实现和电路仿真
• 3.1 系统设计要求
• 3.2 系统结构和原理
• 3.2.1 系统的结构图
• 3.2.2 模块功能介绍
• 3.2.3 系统原理描述
• 3.3 启动电路
• 3.4 带隙基准电压源
• 3.4.1 基准电压源原理及设计要求
• 3.4.2 基准电压源电路设计及分析
• 3.4.3 基准电压源电路仿真结果及分析
• 3.5 PWM比较器
• 3.5.1 PWM比较器原理分析
• 3.5.2 PWM比较器仿真
• 3.6 振荡器电路
• 3.6.1 振荡器的等效结构和原理分析
• 3.6.2 振荡器的具体电路实现
• 3.6.3 振荡器的仿真
• 3.7 斜坡补偿电路
• 3.7.1 斜坡补偿电路原理
• 3.7.2 斜坡补偿电路具体实现
• 3.7.3 斜坡补偿电路仿真结果及分析
• 3.8 过压和欠压保护电路
• 3.8.1 欠压保护电路等效结构和原理
• 3.8.2 欠压保护电路
• 3.8.3 过压保护电路
• 3.8.4 过压、欠压保护仿真
• 3.9 温度保护电路
• 3.9.1 温度保护原理
• 3.9.2 温度保护电路
• 3.9.3 温度保护电路仿真
• 3.10 总体电路仿真
• 3.10.1 总体电路
• 4 版图设计
• 4.1 双极工艺版图设计规则
• 4.2 确定元器件的版图设计
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢