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基于BICMOS工艺的PFC芯片设计

作　者: 江石根
导　师: 毛志刚; 谢卫国
学　校: 上海交通大学
专　业: 集成电路工程
关键词: PFC 开关电源变换器版图设计 BICMOS 芯片测试
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 32次
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内容摘要

近年来，随着各种电子设备在各个领域的广泛应用，人们对电网的质量要求越来越高，PFC（功率因数校正）技术由于能够减少电网谐波污染，有效提高电源效率而成为电子电力领域中研究的热点，其中，有源PFC(APFC)相对于传统的无源PFC控制相比有体积小，重量轻，输入电压范围宽，功率因数高等优势，而成为主要的研究方向。有源功率因数主要通过控制芯片来实现，随着集成电路技术的飞速发展，针对不同方式的PFC的控制芯片不断推出，目前，国外各大公司对PFC技术研究和应用方面领先，因此，对PFC控制芯片的研究和开发越来越重要。本论文的设计工作来源于公司产品，通过对PFC的研究背景和国内外的PFC情况进行描述，阐述了PFC芯片设计开发的必要性，对PFC基本原理进行分析，对PFC的各种实现方式的原理，分类以及优缺点等方面进行比较，提出本文设计的PFC芯片是基于临界导电模式的主动式BOOST（升压）型的PFC芯片，通过对基于临界导电模式的主动式BOOST型的PFC应用系统的工作原理的分析，参考国外诸如意法半导体，仙童，安森美等公司的PFC电路框图，根据实际PFC电路的应用要求以及成本等角度考虑，对整个PFC芯片内部模块和电路按功能以及性能要求进行划分和归类，参考国内外目前产品的技术指标以及客户实际需求，提出整个电路的设计指标，对各个模块按照设计指标进行设计和分析，通过HSPICE等软件对各个模块和整体电路进行仿真，完成整个电路设计，在版图设计上，给出版图设计的一些基本设计规则和设计经验，并且从模拟电路的角度对版图设计提出一些设计要求，最后给出整个版图，在芯片流片完成后，对芯片进行电气参数，整体应用，圆片测试以及量产测试等方面对芯片进行测试和验证。在本文的设计中，为确保系统上电的安全，对驱动部分电路从应用可靠性以及降低芯片上机失效率等方面考虑，提出一种新型的保护电路；为了提高芯片的量产一致性，在过压保护电路中，提出通过修调过压保护电路的电流来提高芯片过压保护点的一致性；同时，对芯片的测试过程中出现的测试良率过低的问题，对芯片的修调测试方案提出一种新型的测试方案，提高整个芯片的测试良率。本芯片设计是在国内某工艺厂的BICMOS工艺上实现，经过评估，该芯片基本满足市场推广的要求。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
第一章绪论  14-19
  1.1 功率因数校正研究背景  14-15
  1.2 功率因数校正的发展及分类  15-16
  1.3 有源功率因数校正芯片国内外现状  16-17
  1.4 论文的主要内容与章节安排  17-19
    1.4.1 论文的主要内容  17
    1.4.2 章节安排  17-19
第二章功率因数校正基本原理  19-32
  2.1 视在功率、有功功率、无功功率等的基本概念  19-20
  2.2 功率因数校正基本原理及方法  20-25
    2.2.1 功率因数校正基本原理  20-22
    2.2.2 功率因数校正方法  22-25
  2.3 有源功率因数校正的分类  25-27
  2.4 临界导电模式(CRM)的电路工作原理分析  27-31
    2.4.1 临界导电模式(CRM)的电路工作原理  27-29
    2.4.2 临界导电模式(CRM)的应用电路说明  29-31
  2.5 本章小结  31-32
第三章功率因数校正集成电路实现  32-54
  3.1 功率因数校正集成电路功能分析  32-34
  3.2 芯片管脚功能以及电气参数定义  34-35
  3.3 工艺选择  35-37
    3.3.1 集成电路工艺概述  35-36
    3.3.2 PFC 芯片工艺选择  36-37
  3.4 功率因数校正电路设计分析  37-52
    3.4.1 欠压锁定模块(UVLO)：  37-39
    3.4.2 基准电路模块分析及仿真  39-44
    3.4.3 乘法器模块  44-45
    3.4.4 误差放大模块  45-47
    3.4.5 驱动电路模块  47-48
    3.4.6 动态过压保护模块  48-51
    3.4.7 其他模块的分析  51-52
  3.5 整体电路仿真  52-53
  3.6 本章小结  53-54
第四章功率因数校正芯片版图设计  54-60
  4.1 版图布局以及版图设计要求  54-58
    4.1.1 版图布局  54
    4.1.2 版图设计要求  54-55
    4.1.3 整体版图  55-57
    4.1.4 版图检查  57-58
  4.2 后仿真以及生产封装  58-59
    4.2.1 后仿真  58
    4.2.2 芯片生产及封装  58-59
  4.3 本章小结  59-60
第五章功率因数校正芯片测试  60-70
  5.1 芯片参数测试  60-63
  5.2 应用系统测试  63-67
  5.3 圆片测试  67-68
    5.3.1 圆片测试方案  67
    5.3.2 一个关键问题的解决  67-68
  5.4 量产成品测试  68-69
  5.5 本章小结  69-70
第六章结束语  70-72
  6.1 主要工作  70-71
  6.2 后续研究工作  71-72
参考文献  72-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间申请或公开专利  75

基于BICMOS工艺的PFC芯片设计

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