一种AC/DC开关电源芯片控制电路的设计

论文摘要

本文课题源于国家重大科技专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”中的“新型节能驱动与汽车电子芯片工艺研发与产业化”子项目。该项目是设计一款单片式AC/DC开关电源芯片。将功率管和控制电路集成在同一个晶片上,并且具有过温保护、过流保护功能,采用了电流控制模式,集成了内部自供电系统。因此,该芯片具有集成度高、可靠性好、功耗低、外围电路简单、开发成本低等诸多优点。本文就这款芯片的反馈调制系统和动态自供电系统进行了详细的分析和设计。本文所设计的反馈调制系统采用了先进的电流控制模式,PWM与PSM相结合的调制方式,这使系统更稳定、反应速度更快、抗干扰能力更强。然后,本文对系统中的电流极限比较器、电流极限状态机两个模块的电路进行了具体的设计。其中电流极限比较器采用了新颖的SenseFET电流采样方式,在保证了采样精度的基础上,降低了系统功耗。本文对动态自供电系统的构架和工作原理进行了详细的阐述,并详细地设计了系统中的过压欠压检测和电压调整器两个模块。其中,电压调整器模块采用了新颖的动态自供电方式,这种方式降低了系统的功耗,减少了芯片外围元器件数量。同时,这种方式对器件和电路的设计提出了更高的要求,在电路设计中采用了中压器件并进行了艰难的折衷。最后设计者通过Hspice的仿真结果,证明本文对以上四个模块设计完全符合设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 开关电源IC 概述
• 1.2 开关电源IC 的发展动态
• 1.3 本文的工作
• 第二章 控制电路整体电路的构架与分析
• 2.1 反激式开关电源的工作原理
• 2.2 芯片反馈调制系统的整体设计
• 2.2.1 电流控制模式的工作原理
• 2.2.2 反馈环路的电流采样方式
• 2.2.3 SENSEFET 电流检测法的工作原理
• 2.3 芯片自供电系统的整体设计
• 2.3.1 开关电源芯片常用的供电方式
• 2.3.2 动态自供电方式
• 2.4 芯片控制电路的整体构架
• 2.4.1 芯片控制电路的构架与工作原理
• 2.4.2 控制电路的模块划分
• 2.5 本章小结
• 第三章 芯片反馈调制系统的设计
• 3.1 芯片反馈调制系统的整体构架与工作原理
• 3.1.1 反馈系统常用的调制方式
• 3.1.2 反馈系统的工作原理
• 3.2 电流极限比较器的设计与仿真
• 3.2.1 电流极限比较器电路的工作原理
• 3.2.2 前沿闭锁的分析与仿真
• 3.2.3 电阻网络的设计
• 3.2.4 电流比较器的设计与仿真
• 3.2.5 电流极限比较器的整体仿真结果
• 3.3 电流极限状态机的分析与仿真
• 3.3.1 电流极限状态机的工作原理
• 3.3.2 使能检测电路的分析
• 3.3.3 状态转换电路的分析
• 3.3.4 电平翻转检测电路的分析
• 3.3.5 电流极限状态机仿真结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 芯片动态自供电系统的设计
• 4.1 芯片动态自供电系统的整体构架
• 4.2 过压欠压检测电路的设计与仿真
• 4.2.1 过压欠压检测电路的工作原理
• 4.2.2 电阻网络的设计
• 4.2.3 比较器的设计
• 4.2.4 整体电路的仿真
• 4.3 电压调整器的设计与仿真
• 4.3.1 电压调整器的工作原理
• 4.3.2 数字控制部分的分析
• 4.3.3 中压模拟部分的分析
• 4.3.4 电压调整器的仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果