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一种集成故障自保护功能的高效电源芯片设计

作　者: 周保朋
导　师: 李威
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 开关电源 基准 误差放大器 自动重启动 环路稳定性
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着科学技术的快速发展尤其是电力电子方向的巨大进步，使得手机，平板电脑等便携式移动设备成为人们工作生活当中不可或缺的重要组成部分。而称作一切电子产品的心脏的开关电源也成为各大高校和企业研究创新的重点。不断严峻的世界能源危机使人们对电源芯片的高效性要求越来越高；另外，便携式移动设备的使用环境非常复杂，这就要求开关电源具有很高的可靠性。因此，高效率，高可靠性的开关电源芯片成为现阶段电源领域的主流研究方向。本课题设计了一款集成多种故障自动处理功能的高效率开关电源芯片。该芯片内部集成了700V高压功率管，振荡器电路，占空比调节电路以及其他各种保护电路。一方面，该芯片可以根据负载的不同自动选择工作模式，随着负载的降低，芯片依次工作在高频，变频，低频和跳周期模式，使电源产品在整个负载范围内都有非常高的效率；另一方面，芯片集成多种保护机制，如输入过压，输入欠压，输出过压，热关断保护等，能够有效地使芯片在各种不同的环境下都能有很高的可靠性。本论文首先介绍了开关电源不同拓扑的工作原理和控制方式。然后从总体上对芯片进行介绍，包括芯片的总体电路框图，各模块和各引脚的功能和芯片的工作原理。接下来是本文的重点，模块电路的设计，在这部分主要介绍以下几个模块：具有高阶补偿的温度系数基准电压源和基准电流源，其中基准电压源采用指数曲率补偿，基准电流源采用分段线性补偿技术提升基准在低温段的温度系数；内部过压欠压模块，主要包括上电电路，内部过压欠压比较器和误差放大器；自动重启动电路，一方面当反馈环路断开时，芯片进入自动重启动状态，减小芯片在故障状态下的损耗，提高效率，另一方面自动重启动电路还会对不同的线电压故障(如欠压，过压，锁存过压等)采取不同的操作，以保证芯片和电源电路不受损坏。最后设计了芯片的典型应用电路，根据反馈环的相关理论对该应用电路进行环路稳定性分析，并用Hspice完成对芯片全电路的功能验证和仿真。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 国内外研究现状及发展态势  10-11
  1.2 电源的发展趋势  11-12
  1.3 新型开关电源技术  12-14
  1.4 论文的主要工作  14-15
第二章 开关电源理论基础与设计  15-32
  2.1 开关电源的基本拓扑  15-24
    2.1.1 Buck 调整器  15-17
    2.1.2 Boost 调整器  17-19
    2.1.3 Buck-boost 调整器  19-21
    2.1.4 反激变换器  21-24
  2.2 开关电源的调制方式  24-26
    2.2.1 脉冲宽度调制  24-25
    2.2.2 脉冲频率调制  25
    2.2.3 脉冲跳周期调制  25-26
  2.3 开关电源的控制类型  26-32
    2.3.1 电压控制模式  26-28
    2.3.2 电流控制模式  28-32
第三章 芯片的整体结构与工作原理  32-36
  3.1 引脚功能介绍  33
  3.2 芯片的工作原理  33-34
  3.3 本芯片的主要特点  34-36
第四章 模块设计与仿真  36-62
  4.1 基准模块设计  36-46
    4.1.1 基准概述  36
    4.1.2 基准电压源的工作原理  36-40
    4.1.3 本芯片基准电压源的设计与仿真  40-43
    4.1.4 基准电流源的工作原理  43-44
    4.1.5 本芯片基准电流源的设计与仿真  44-46
  4.2 内部过压欠压比较器  46-55
    4.2.1 高压电流源设计  47-48
    4.2.2 内部过压欠压模块设计  48-51
    4.2.3 误差放大器分析与仿真  51-55
  4.3 自动重启动电路和线电压故障处理  55-62
    4.3.1 时钟信号产生  56-57
    4.3.2 16 位计数器设计  57-58
    4.3.3 线电压故障处理电路设计  58-62
第五章 应用拓扑设计和环路稳定性分析  62-81
  5.1 芯片应用电路设计  62-63
  5.2 环路稳定性分析和计算  63-80
    5.2.1 基本控制理论  63-70
    5.2.2 本芯片应用拓扑的环路稳定性分析  70-78
    5.2.3 全电路仿真  78-80
  5.3 本章小结  80-81
第六章 结论  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-85
攻硕期间取得的研究成果  85-86

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 电源
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