开关电源芯片核心电路设计研究

来源 :厦门理工学院 | 被引量 : 3次 | 上传用户:walkman73
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电源广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施以及日常生活的各个方面,所以高性能电源IC的作用显得愈加重要。电源朝着高集成度,高转换效率,低功耗的方向发展,反激式开关电源由于自身具备的优异性能取代了线性稳压器。目前,反激式开关电源芯片是当今电源的主要研究方向。本论文结合企业的项目,通过系统设计、电路设计和仿真验证,设计了一款基于脉冲宽度调制的反激式开关电源芯片的核心电路,主要应用于充电器和适配器。本项研究主要包括芯片的欠压锁存电路、内部电压产生电路、上电复位电路、带隙基准电路、误差放大器等模块。针对传统欠压锁存电路响应速度慢、功耗大、面积大等问题,设计一种新的欠压锁存电路,在不使用额外的基准电压源和比较器以及复杂的数字逻辑的情况下,能够达到欠压锁存的各项指标,欠压锁存电路的开启电压(UVLO(ON))为7.6V,关断电压(UVLO(OFF))为14.8V;针对传统带隙基准电路结构复杂、功耗大、输出电压精度低等问题,设计的带隙基准电路采用共源共栅电流镜钳位各支路电流,同时本次设计的带隙基准电路是直接在具有正温度系数电流的支路上产生基准电压,使电路结构更加简化的同时降低芯片制造成本和静态功耗,在-40℃~150℃的温度范围内温漂系数为64ppm/℃;针对单级放大器不能适应高精度系统中高增益、高摆幅的要求,本次设计的误差放大器采用两级运放,第一级电路选择折叠式共源共栅结构获得设计所需的高增益,第二级则采用共源结构扩大输出信号摆幅,通过电路仿真确保放大电路在不同工艺条件下的相位裕度、单位增益带宽均满足设计指标要求。本文基于0.25μm BCD工艺完成了核心电路的设计仿真,并且进行了流片、封装,最后在实际的反激变换系统中进行了实体测试,测试结果表明该芯片能够在反激式电路中工作,并实现5V/3A的输出,效率高达86.2%。本项研究设计的芯片与国内外同类芯片相比具有输出电流稳定、效率高、设计简单等优点,具有极大市场应用前景。
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