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你可能喜欢一种带频率抖动及完全集成软启动的电源管理芯片的设计--《电子科技大学》2013年硕士论文
一种带频率抖动及完全集成软启动的电源管理芯片的设计
【摘要】:伴随着电子技术的高速发展,越来越多的电子设备开始应用于人类生活中。开关电源作为不可缺少的一部分存在于各类电器中,而AC-DC开关电源管理芯片因为其高效率、高集成度、小体积等优点得到了广泛的运用。
本课题的目的是设计一种带频率抖动及完全集成软启动的电源管理芯片。该芯片的主要特点是自带频率抖动功能以降低芯片的EMI和内部集成软启动电路以降低器件启动应力。同时该芯片内部基准模块提供小温度系数的基准电压和电流,具有多种保护功能,可外部进行流限编程并且具有多种占空比调制模式。
本文首先介绍了国内外开关电源的研究现状及开关电源技术的发展趋势。结合电源的基本拓扑,着重阐述了Buck-Boost调整器的工作原理,并引出了本芯片应用的反激式AC-DC拓扑。同时介绍了芯片基本内部结构,并分析了芯片外围应用拓扑的工作原理。
然后在内部模块设计中,重点分析设计了带软启动的频率抖动模块。17ms的软启动控制降低了器件启动应力,同时限制了输出过冲。周期为4ms的频率抖动成功降低了芯片的EMI。同时设计了基准、栅驱动、前沿消隐和热关断模块。其中在基准模块中,采用曲率补偿技术产生了温度系数为41ppm/℃的基准电压以及利用分段线性补偿技术产生了89.4ppm/℃的基准电流。利用基准模块产生的PTAT电流,实现了带75℃迟滞的热关断设计。同时利用基准电流对电容的充放电,实现了220ns和600ns前沿消隐时间延迟,防止功率管刚开启时尖峰电流引起的误关断。栅驱动模块通过四个驱动能力逐级增大的反相器实现了对功率管栅极的驱动。
最后对芯片进行了整体仿真,重点分析了软启动过程中功率管漏极峰值电流和开关频率的变化和输出电压的过冲情况。同时针对满载条件和轻载条件进行了全仿,验证了频率抖动功能和多周期调制模式下功率管开启情况。并且在不同的工作条件下,输出电压都能稳定保持在12V,满足了设计要求。
【关键词】:
【学位授予单位】:电子科技大学【学位级别】:硕士【学位授予年份】:2013【分类号】:TN86【目录】:
摘要5-6ABSTRACT6-10第一章 绪论10-14 1.1 国内外开关电源的研究现状10-11 1.2 开关电源技术的发展趋势11-12 1.3 本课题主要研究内容12-13 1.4 本课题主要特点13-14第二章 芯片整体框架及应用14-27 2.1 电源基本拓扑14-23
2.1.1 线性调整器14-15
2.1.2 Buck-Boost 开关型调整器15-20
2.1.3 Buck 开关调整器和 Boost 开关调整器20-21
2.1.4 反激变换器的工作原理21-23 2.2 芯片内部结构23-24 2.3 芯片外围应用24-26 2.4 本章小结26-27第三章 芯片内部模块的设计与仿真27-68 3.1 基准模块的设计27-47
3.1.1 带隙基准基本理论28-31
3.1.2 带隙电压基准电路的设计31-33
3.1.3 启动电路的设计33-35
3.1.4 电流基准电路的设计35-42
3.1.5 修调模块的设计42-45
3.1.6 基准关键信号仿真与分析45-47 3.2 热关断模块的设计47-52
3.2.1 热关断模块电路的设计48-51
3.2.2 热关断模块仿真结果与分析51-52 3.3 栅驱动和前沿消隐模块的设计52-58
3.3.1 栅驱动模块电路的设计52-55
3.3.2 前沿消隐模块电路的设计55-57
3.3.3 前沿消隐仿真结果与分析57-58 3.4 带软启动及多周期调制控制的频率抖动模块的设计58-67
3.4.1 软启动及频率抖动电路设计58-64
3.4.2 频率抖动仿真结果分析64-67 3.5 本章小结67-68第四章 整体电路仿真68-73 4.1 软启动过程68-70 4.2 满载工作70-72 4.3 轻载或空载工作72 4.4 本章小结72-73第五章 总结73-74致谢74-75参考文献75-77攻硕期间取得研究成果77-78
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