学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

漏电保护器专用芯片优化设计与应用技术研究

作　者: 范镇淇
导　师: 韩雁；朱大中
学　校: 浙江大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 漏电保护器集成电路优化设计应用系统
分类号: TM774
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 48次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着我国经济建设的飞速发展,电网结构越来越复杂,人们对用电的安全性和可靠性的要求也日益提高,作为防止电气火灾,保护人们生命财产安全的一种有效手段,漏电保护器得到了广泛的运用。长年以来,国内漏电保护器市场都被国外进口的(或仿制的)控制芯片所占据,但是由于国外芯片在标准和设计思想方面与我国国情的差异,导致其并不特别适合中国电网的情况,例如误动作频繁,影响了漏电保护器的实际投运率和推广使用。为此针对国外芯片的不足和我国的实际国情,浙江大学微电子所研制了一套ZD系列漏电保护器专用控制芯片,具有抗干扰能力强和拥有自主知识产权等一系列优点,旨在替代国外进口芯片,填补国内空白。ZD系列芯片包括ZDHB家用型漏电保护器专用芯片(含一般型和S型)和ZDZB总级漏电保护器专用芯片,两块芯片配合使用,可以形成总级—中间级—末级的三级漏电保护体系。经过几年的努力,该系列芯片在CSMC 0.6um Mixed CMOS工艺上已完成了初步的设计和样品的流片测试,本论文在此基础上通过对已有ZD系列芯片的进一步分析,从样品向产品转化的角度,提出了其芯片面积还可进一步缩小、总级漏电保护芯片工作还不够稳定、芯片功能还可进一步扩充、未设计ESD保护、还不能通过“空间辐射”国家EMC标准的检测等不足之处,确定了相应的改进方案,从电路级到版图级对芯片进行了系统优化。另外本文还对芯片的应用电路进行了改进设计,在应用电路中增加了强电弱电隔离、抗高次谐波干扰、抗空间辐射干扰等功能,设计了一套较为完备的芯片应用系统,可供产品直接使用。本课题最终采用的是无锡华润上华5V 0.5um混合CMOS标准工艺实现。先后完成过三次MPW(多项目晶圆)流片,并对芯片进行了封装测试,测试结果理想。除因半导体加工工艺的原因,芯片尚存一定的离散性外,其它已有的缺点和不足之处均已克服,预期目标全部达到。同时配合漏电保护器整机测试,通过了各项国家标准指标和全部EMC电磁兼容测试,为芯片的产业化打下了坚实的基础。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-21
  1.1 漏电保护器简介  11-15
    1.1.1 使用漏电保护器的意义  11-12
    1.1.2 漏电保护器的分类  12-13
    1.1.3 电流型漏电保护器的工作原理  13-14
    1.1.4 漏电保护器的相关国家标准  14-15
  1.2 三级漏电保护体系介绍  15-16
  1.3 主流漏电保护器简介  16-17
  1.4 ZD系列漏电保护器专用芯片介绍  17-18
  1.5 本课题的主要内容  18-21
    1.5.1 原版芯片的不足  18-19
    1.5.2 本课题的主要内容  19-21
第二章 ZD系列漏电保护器专用芯片介绍  21-33
  2.1 ZDHB型家用漏电保护器(户保)专用芯片介绍  21-26
    2.1.1 ZDHB芯片性能指标  21-23
    2.1.2 ZDHB芯片管脚介绍  23-24
    2.1.3 ZDHB芯片模块划分  24-26
  2.2 ZDZB型总级漏电保护器(总保)专用芯片介绍  26-31
    2.2.1 ZDZB芯片性能指标  26-28
    2.2.2 ZDZB芯片管脚介绍  28-29
    2.2.3 ZDZB芯片模块划分  29-31
  2.3 ZD系列漏电保护专用芯片工作原理  31-33
    2.3.1 漏电跳闸过程  31-32
    2.3.2 过压保护过程  32
    2.3.3 自动重合闸过程  32-33
第三章芯片模拟电路部分的优化设计  33-49
  3.1 复位电路的优化  33-35
  3.2 时钟产生电路的优化  35-36
  3.3 运算放大器的优化  36-42
    3.3.1 差分输入方式比例运算电路  37-38
    3.3.2 运算放大器结构  38-39
    3.3.3 运算放大器仿真结果  39-42
  3.4 分压电路的优化  42-45
    3.4.1 分压电路基本原理  42-43
    3.4.2 分压电路的电路结构及仿真结果  43-45
  3.5 电流偏置产生电路的优化  45-49
    3.5.1 电流偏置产生电路基本原理  45-46
    3.5.2 电流偏置产生电路的电路结构  46-47
    3.5.3 电流偏置电路仿真结果  47-49
第四章芯片数字电路部分的优化设计  49-67
  4.1 触发器电路的优化  49-51
  4.2 漏电跳闸模块的优化  51-59
    4.2.1 干扰滤除模块  51-53
    4.2.2 延时控制模块  53-57
    4.2.3 漏电跳阐功能的仿真  57-59
  4.3 重合闸模块的优化  59-65
    4.3.1 开关状态读取电路  59-60
    4.3.2 上电合闸电路  60-62
    4.3.3 稳定性判断电路  62-63
    4.3.4 30秒延时重合闸电路  63-64
    4.3.5 重合闸功能的实现  64-65
    4.3.6 重合闸选择功测的实现  65
  4.4 新增开关控制模块的设计  65-67
第五章芯片的整体设计和物理实现  67-81
  5.1 芯片的整体电路仿真验证  67-69
    5.1.1 ZDHB户保芯片的整体仿真验证  67-68
    5.1.2 ZDZB总保芯片的整体仿真验证  68-69
  5.2 芯片版图的设计  69-81
    5.2.1 上华0.5um工艺介绍  69-71
    5.2.2 芯片版图设计介绍  71-74
    5.2.3 ESD保护的设计  74-76
    5.2.4 改进型ZDHB芯片版图设计  76-77
    5.2.5 改进型ZDZB芯片版图设计  77-81
第六章芯片应用系统的设计与实现  81-91
  6.1 芯片应用系统的设计关键  81-82
  6.2 ZDHB家用型漏电保护芯片应用系统的设计  82-87
    6.2.1 芯片供电  82-84
    6.2.2 漏电检测  84
    6.2.3 过压检测  84-85
    6.2.4 开关控制  85-87
  6.3 ZDZB总级漏电保护芯片应用系统的设计  87-91
    6.3.1 芯片供电  87-88
    6.3.2 开关状态检测  88
    6.3.3 开关控制  88-89
    6.3.4 报警电路  89-91
第七章芯片及其应用系统的测试  91-111
  7.1 芯片测试  91-104
    7.1.1 漏电保护功测的测试  92-99
    7.1.2 户保芯片过压保护功能的测试  99-100
    7.1.3 总保芯片合闸控制测试  100-102
    7.1.4 总保报警功能测试  102-103
    7.1.5 芯片温度特性的测试  103-104
  7.2 芯片应用系统的测试  104-108
    7.2.1 国家标准试验项测试  104-106
    7.2.2 EMC电磁兼容测试  106-108
  7.3 测试总结  108-111
回顾与展望  111-113
参考文献  113-117
作者简历及在学期间所取得的科研成果  117-118

漏电保护器专用芯片优化设计与应用技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文