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开关电源控制芯片中运算放大器及相关保护电路的研究

作　者: 刘伟
导　师: 余宁梅
学　校: 西安理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 开关电源 反激变换器 脉宽调制 运算放大器 保护电路
分类号: TN722.77
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 567次
引　用: 2次
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内容摘要


随着电力电子技术的发展,电力电子设备与人们的工作生活关系日益密切,而任何电子设备都离不开可靠的电源。电源分为线性电源和开关电源,其中普遍采用的是开关电源。开关电源具有低功耗、高效率以及电路结构简单的特点,因此广泛应用于计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备及家用电器产品中。开关电源正在向轻、薄、小以及高效率方向发展。本文设计了一种新型低功耗电流模式反激式AC/DC开关电源控制芯片,重点对该芯片的运算放大器及相关保护电路进行了研究和仿真。首先,对开关电源中经常会用到的运算放大器进行深入研究分析,提出了一种新型轨对轨运算放大器的设计方案。该结构采用新加坡charter公司0.35um工艺进行版图绘制及后仿真验证并进行流片。该运放利用浮栅结构和负反馈电路来保持共模电平的恒定,并采用折叠式共源共栅电路加辅助运放的结构作为中间级来提高电路增益。这种新型的电路结构增大了输入级的范围,减小了输入对管跨导的波动,提高了整体电路结构的增益、带宽、压摆率,并且很大程度的节省了芯片面积。电源为-1.5V—+1.5V时,当电路输入范围为-5V—+5V,输入对管的跨导变化为3%;当共模电平变化在-2.5V—+2.5V之间时输入对管的跨导变化为0.7%;电路的增益为68dB,带宽为4.73MHZ,压摆率SR为SR+=33.6V/US、SR-=35V/US。其次,完成双极型保护电路的设计和仿真。具体模块包括:OSC振荡器、限流保护(上限电流比较器、上限电流触发器)、1.8V比较、PWM比较器、过压保护、斜坡电流驱动、电压调节器、斜坡补偿、电压基准。最后,完成CMOS开关电源控制电路中的保护模块的设计和仿真,具体模块包括:温度保护、数字逻辑电路(基本RS触发器、D触发器、八分频)、比较器(普通两级开环比较器)、限流保护、过压保护、LDO、软启动。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 引言  8-12
  1.1 开关电源国内外市场及应用情况  8-9
  1.2 功率集成电路简介  9
  1.3 开关电源的发展  9-10
  1.4 本论文所做的工作  10-12
2 开关电源的原理介绍  12-20
  2.1 开关电源基本拓扑  12-17
    2.1.1 BUCK拓扑结构  12-13
    2.1.2 BOOST拓扑结构  13-14
    2.1.3 反激变换器拓扑结构  14-17
  2.2 PWM控制方法  17-19
    2.2.1 电压模式控制方法  17-18
    2.2.2 峰值电流模式控制PWM  18-19
  2.3 PFM控制  19
  2.4 PFM和PWM混合控制  19-20
3 开关电源控制芯片中运算放大器的研究  20-34
  3.1 运算放大器在开关电源中的应用及其重要性  20
  3.2 新型的轨对轨运算放大器的设计研究  20-34
    3.2.1 研究背景  20
    3.2.2 输入级的设计  20-22
    3.2.3 输出级的设计  22-25
    3.2.4 仿真结果分析  25-26
    3.2.5 版图设计  26-31
    3.2.6 电路后仿真  31-33
    3.2.7 前仿与后仿的对比  33-34
4 双极型开关电源控制芯片保护电路的设计  34-54
  4.1 OSC振荡器模块  36-41
  4.2 限流保护  41-43
    4.2.1 上限电流比较器  42
    4.2.2 上限电流触发器  42-43
  4.3 1.8V比较  43-44
  4.4 PWM比较器  44-45
  4.5 过压保护  45-47
  4.6 斜坡电流驱动  47-48
  4.7 电压调节器  48-49
  4.8 斜坡补偿  49-50
  4.9 电压基准电路  50-54
5 CMOS开关电源控制芯片保护模块设计  54-80
  5.1 温度保护电路  57-66
    5.1.1 温度保护电路的设计与实现  57-59
    5.1.2 与电源无关的电流源电路的设计  59-61
    5.1.3 输出缓冲级设计  61-62
    5.1.4 温度滞回和测试电路的设计  62-64
    5.1.5 影响电路特性的因素分析  64-66
  5.2 数字逻辑电路  66-71
    5.2.1 基本RS触发器的设计  66-68
    5.2.2 D触发器的设计  68-70
    5.2.3 八分频电路的设计  70-71
  5.3 普通的两级开环比较器  71-72
  5.4 限流保护  72-73
  5.5 过压保护  73-75
  5.6 LDO  75-78
  5.7 软启动  78-80
6 总结与展望  80-82
  6.1 总结  80
  6.2 展望  80-82
致谢  82-84
参考文献  84-86
在读期间发表的学术论文  86

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器 > 放大器：按作用分 > 运算放大器（计算放大器）
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