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一种宽输入范围高PSRR的低压差稳压器研究与设计

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一种宽输入范围高PSRR的低压差稳压器研究与设计

作者：徐万利沈阳工业大学

学位级别：硕士

论文研究基于国内工艺的应用于工业仪表的宽输入范围、高电源电压抑制比的低压差线性稳压器(LDO)芯片设计技术。工业仪表的供电电源变化范围很大,用于这种系统的稳压器既要求高耐压能力,又要能在低压差下工作。满足这种要求的芯片目前... 详细信息

论文研究基于国内工艺的应用于工业仪表的宽输入范围、高电源电压抑制比的低压差线性稳压器(LDO)芯片设计技术。工业仪表的供电电源变化范围很大,用于这种系统的稳压器既要求高耐压能力,又要能在低压差下工作。满足这种要求的芯片目前只有国外少数公司可以提供,因此课题的研究对于提高国产低压差稳压器的竞争力具有重要意义。论文首先介绍LDO的基本工作原理和发展趋势,重点介绍讨论了宽输入范围LDO的设计难点。为掌握关键技术,逆向分析了一种国外公司生产的LDO芯片,完成了电路提取和整理工作。为深入理解LDO电路的工作原理和设计方法,选择华虹HHNEC 0.35μm BCDMOS工艺对电路进行了仿真分析和工艺移植。仿真结果证明了前期工作的正确性。论文对其中主要功能模块,如带隙基准、内部电源、误差放大器和过温保护、过流保护等模块进行了深入分析,解释了其中的关键技术。利用国内工艺仿真实现了原芯片的功能和性能,并与原芯片进行了对比。论文还讨论了基于国内工艺设计与原芯片兼容的LDO芯片的可行性。

关键词：低压差线性稳压器 LDO 宽输入范围电源电压抑制比

一种宽输入范围多拓扑DC/DC转换器的研究与设计

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一种宽输入范围多拓扑DC/DC转换器的研究与设计

作者：李湘林电子科技大学

学位级别：硕士

在当今社会,当代电子电力技术正快速进步,同时开关电源的研究也日新月异。开关电源具有轻量、小型以及高效率等特征,而正因为这些特征,使得当前开关电源被大规模地运用在几乎全部的电子产品中,逐渐成为现在电子信息领域高速前进过程中... 详细信息

在当今社会,当代电子电力技术正快速进步,同时开关电源的研究也日新月异。开关电源具有轻量、小型以及高效率等特征,而正因为这些特征,使得当前开关电源被大规模地运用在几乎全部的电子产品中,逐渐成为现在电子信息领域高速前进过程中必不可少的一类电源方式。开关电源的工作主要是通过开关功率管的导通和关断来实现的,利用这两个动作的时间变化来达到稳定输出端电压的目的。本文先介绍了开关电源的背景与发展趋势以及本课题的研究意义,和本文的章节安排,接着介绍了几种基本拓扑的工作原理和开关电源的几种工作模式。本文提出的宽输入范围多拓扑DC/DC转换器电路设计方案是采用电流模式控制的,它通过单个反馈引脚调节负输出电压或正输出电压,从而实现不同拓扑的配置。首先,电路可以通过设计不同的外围应用电路,实现三种不同拓扑模式的输出,应用于不同的场合:当电路应用于boost模式时,可用于工业领域的升压型DC/DC开关电源应用;当应用于SEPIC时,可用于汽车电子的12V稳压器,如雨刮电机的电源驱动;当应用为inverting时,可以作为负输出转换器,应用于一些特殊的负电压供电场合。然后,论文重点介绍了宽输入范围多拓扑DC/DC转换器的主要功能模块电路的设计原理,并对控制环路中部分关键模块通过小信号模型分析,研究频率响应,采用Cadence Spectre对其进行仿真验证。最后,论文阐述了三种拓扑结构的外围电路框图,采用0.35?m BCD工艺,利用Hspice软件分别进行整体仿真验证,仿真结果与设计预期相符合。本文所设计的芯片输入范围可以宽达2.5V到42V,可以适用于boost、SEPIC和inverting等多种拓扑结构。电路通过工艺投片,测试结果表明当电路应用于boost模式时,在输入电压为2.5V到4.5V,芯片能稳压在5V;当电路应用于SEPIC模式时,在输入电压为2.8V到36V,能稳压在12V,主要性能指标达到了设计目标。

关键词：多拓扑DC/DC转换器 SEPIC 宽输入范围

一种宽输入范围的大功率LED驱动电路的研究与设计

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一种宽输入范围的大功率LED驱动电路的研究与设计

作者：李飞天津大学

学位级别：硕士

大功率LED除了具有节能、环保、寿命长、可靠性高等普通LED的特点外,还有光效高和导通电流大的优势。大功率LED的研制,加速了“绿色照明”在路灯照明、家居照明和汽车照明领域的替代过程。但LED功率的提升,给驱动芯片的驱动能力和输出... 详细信息

大功率LED除了具有节能、环保、寿命长、可靠性高等普通LED的特点外,还有光效高和导通电流大的优势。大功率LED的研制,加速了“绿色照明”在路灯照明、家居照明和汽车照明领域的替代过程。但LED功率的提升,给驱动芯片的驱动能力和输出电流的稳定性控制提出了更高的要求。针对大功率LED的特点,本文设计一款宽输入电压范围的大功率LED驱动芯片。输入电压8～30V、输出电流最大可达1A、单路驱动大功率LED可达10个以上,工作频率外部可调,最大为1.35MHz,且具有软启动、调光和六种芯片保护功能。本文首先阐述了大功率LED的发光特点和国内外的发展现状,并分析了各种DC-DC转换器的原理,研究了常用的三种调制方式以及电流和电压反馈控制模式的特点。接着,搭建了芯片的整体架构,确定芯片采用Boost结构的电压反馈模式和输出恒流控制的方式。随后对芯片中部分主要子电路的设计进行了详细的分析,包括带隙基准源、LDO调节电路、采用DA控制方式的软启动电路、调光电路、以及锯齿波产生电路和工作频率调节电路,并给出了每个子模块的仿真结果。最后给出了整个系统的仿真结果和分析,以及整个芯片的版图设计。利用Spectre对整个系统进行了仿真,当输入电压为8V时,输出最大电流是1A,输出最大电压可达38.6V。系统仿真结果表明,系统能够满足设计指标和应用要求。整个芯片的版图设计通过了DRC、LVS验证。

关键词：大功率 LED 宽输入范围 DC-DC LDO 恒流控制

一种宽输入范围高频应用下的buck变换器设计

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一种宽输入范围高频应用下的buck变换器设计

作者：高笛电子科技大学

学位级别：硕士

随着通信、汽车电子、航空航天的高速发展,高可靠性、宽应用范围的高性能电源需求越来越大。宽输入范围宽频工作的buck变换器能够更好地适应严苛复杂的工作环境。本文通过对业界两种流行的控制模式进行详细的对比分析发现,峰值电流模式... 详细信息

随着通信、汽车电子、航空航天的高速发展,高可靠性、宽应用范围的高性能电源需求越来越大。宽输入范围宽频工作的buck变换器能够更好地适应严苛复杂的工作环境。本文通过对业界两种流行的控制模式进行详细的对比分析发现,峰值电流模式在输出精度、低EMI(Electromagnetic Interference:电磁干扰)特性和抗噪声干扰能力方面更胜于COT(ConstantOn-Time:恒定导通时间)控制模式,因此,在需要低EMI、高可靠性且负载为2A的应用条件下,峰值电流模式更适合作为宽输入范围buck变换器的控制模式。但由于峰值电流模式存在最小负载限制和较低的轻载效率,因此需要设计额外的轻载模式。本文对buck变换器的功耗构成进行了详细分析,在重载下明确最高导通损耗,在轻载下需要减小开关频率与静态功耗以提升全负载的转换效率。根据以上的控制模式选择和效率分析,本文基于0.35μmBCD工艺完成了功率管的参数设计和版图设计。设计了一种高速低功耗的驱动电路,其中包括一种脉冲式的高压电平位移电路,在全工作电压内满足5ns以下的延迟时间,且可有效降低30%的驱动损耗。设计了一种具有自压差检测功能和自带欠压保护的自举电路,解决一般自举电路在长期轻载情况下无法充电的问题。设计了双轻载模式,包括高效率的突发模式和低输出纹波的跳周期模式。设计了一种可调频、降频、模式选择、时钟同步的多功能振荡器。在考虑键合丝寄生参数的影响下,本文对宽输入buck变换器进行了系统级仿真,负载瞬态响应造成的下冲电压和过冲电压为160mV,恢复时间为40μs。在输出3.3V的情况下,效率在63%到92%之间。并对超低占空比下的双轻载模式进行了仿真验证,对超高频2.4MHz应用进行了仿真验证,功能均显示正常。将所有电路划分为功率模块、数字模块和敏感模块并完成版图设计。采用三种方案以完成低EMI的板级设计,包括在输入端加入EMI滤波器、在SW端加入RC吸收电路、减小高di/dt的环路面积,采用六层板进行布线以减少噪声干扰,最终拟通过陶瓷封装完成15mm×9mm×5.5mm的高可靠性、低EMI、宽输入范围高频应用的buck变换器模组。

关键词：宽输入范围低EMI 高速低功耗轻载模式电源模组

基于电流模式控制的宽输入范围大功率Buck转换器的设计

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基于电流模式控制的宽输入范围大功率Buck转换器的设计

作者：刘培研天津大学

学位级别：硕士

随着新能源汽车的普及和自动驾驶技术的发展,汽车上电子芯片逐渐趋于多样化、集成化、小型化,汽车所供给的12 V～36 V电源电压需要额外的转换芯片驱动车载芯片。因此,具有宽输入范围、输出稳定、能耗低等一系列优势的开关电源转换器得... 详细信息

随着新能源汽车的普及和自动驾驶技术的发展,汽车上电子芯片逐渐趋于多样化、集成化、小型化,汽车所供给的12 V～36 V电源电压需要额外的转换芯片驱动车载芯片。因此,具有宽输入范围、输出稳定、能耗低等一系列优势的开关电源转换器得到了广泛的关注与青睐,成为时下研究的热点。基于市场对汽车电源管理芯片高效率、低纹波的需求,本文设计了一款宽输入范围、大功率的降压型DC-DC转换芯片,并采用同步整流技术和Sense Fet技术提高转换效率。以Buck转换器为研究对象,对其拓扑结构、工作原理及工作模式等方面进行详细分析,确定了本芯片的整体架构,采用峰值电流控制模式提高芯片的瞬时响应速度和转换效率,加入了斜坡补偿电路消除CCM电流模式下的次谐波振荡问题并提高芯片的稳定性,使用一种新型的三输入误差放大器实现软启动功能,有效预防上电时芯片的过冲损坏。在此基础上,完成了内部基准电压源、振荡器、PWM比较器和内部电源转换等主要电路模块的设计,并加入温度保护、死区延时等模块提高系统稳定性,以满足汽车电子芯片在大功率重负载下实际应用背景的需求。本文基于Simplis软件对整体芯片进行了行为级建模,利用Cadence平台搭建了整体芯片的电路仿真模型,采用SMIC 0.35μm BCD工艺进行版图设计。系统仿真结果表明:在10～40 V的输入电压范围内,系统稳定输出5.5 V电压,纹波率为0.3%,芯片的开关频率为330 k Hz,额定输出电流为1.5 A,在输入范围内转换效率均在80%以上,典型应用下转换效率达到90%,并具有良好的抗输入扰动能力、负载调整能力和快速的瞬态响应能力。

关键词： Buck转换器宽输入范围峰值电流模式高效率

基于ACOT控制的宽输入范围Buck变换器的设计

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基于ACOT控制的宽输入范围Buck变换器的设计

作者：李博电子科技大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,多种多样的电子产品在社会生活的方方面面发挥着至关重要的作用,改变了人们的生产与生活方式,使之朝着更加方便快捷的方向发展。电源管理芯片能否为电子设备高质量高稳定地供电,对设备高效可靠运行至关重要,可谓是... 详细信息

随着科学技术的发展,多种多样的电子产品在社会生活的方方面面发挥着至关重要的作用,改变了人们的生产与生活方式,使之朝着更加方便快捷的方向发展。电源管理芯片能否为电子设备高质量高稳定地供电,对设备高效可靠运行至关重要,可谓是所有电子设备的核心。以开关电源为代表的DC-DC变换器,由于高功率密度、高效率、高可靠性和低成本等特点受到业界广泛的使用,Buck变换器作为开关电源的代表,不断向着宽输入范围、高功率密度、低EMI和新型功率器件等趋势不断发展。本文设计了一款自适应恒定导通时间(Adaptive Constant On-time,ACOT)控制的宽输入电压范围Buck变换器,首先对Buck变换器架构与原理进行介绍,对自适应恒定导通时间即ACOT控制策略进行分析,采用描述函数法进行小信号建模以指导环路补偿设计并提出自适应设定开关频率的片内补偿方案。传统自适应恒定导通时间即ACOT控制的Buck变换器通过采样输入电压和输出电压信息决定上管导通时间T,本项目为实现在宽输入电压、输出电压和负载电流范围内实现开关频率与设定的基准频率保持一致并相位一致,引入了双锁相环架构,即在上管导通时间T中再引入设定开关频率和开关动作与基准时钟间的频率差相位差信息,实现锁频锁相功能。时钟同步锁相环可以对外部输入时钟进行错相处理,或根据调频电阻产生时钟并输出错向后的时钟;相位同步锁相环根据开关动作与基准时钟间的频率差相位差信息,微调根据输入输出电压和基准频率信息决定的T,以实现锁频锁相功能。在T中引入设定的开关频率信息,可减小相位同步锁相环的最大调节范围以减小频率的抖动,调节T使得在宽输入电压、输出电压和负载电流范围的情况下实现对开关动作的锁频锁相,为多芯片片上或模组集成提供基础条件。负载电流上阶跃时,在锁相环的调节下会提高的等效占空比,为了进一步提高瞬态响应速度,本文提出了一种相位同步锁相环的自适应补偿方案。在系统级设计的基础上,论文重点对时钟同步锁相环、相位同步锁相环调制的自适应恒定导通时间产生电路、宽输入电压范围LDO和自适应过零检测器等关键子模块进行设计。本文基于0.18μm BCD工艺,设计了一款ACOT控制的宽输入范围Buck变换器,输入电压6V-32V,输出电压1.2V-28V,最大负载能力2A。利用仿真软件进行仿真验证,仿真结果正常,进行整体版图设计、COB封装、原理图与PCB设计和芯片测试工作,测试结果表明在各种输入输出电压与CCM和DCM模式下均正常工作,开关动作与基准时钟可以实现锁频锁相,负载电流由0.5A跳变至1.5A时,恢复时间为7.25μs。

关键词： Buck变换器自适应恒定导通时间宽输入范围锁相环开关频率调制

一种宽输入范围、高调光比白光LED恒流驱动芯片的设计

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一种宽输入范围、高调光比白光LED恒流驱动芯片的设计

作者：刘澎电子科技大学

学位级别：硕士

LED照明作为一种新型节能、环保替代性技术,迅速成为政府、资本和企业界聚光的焦点。由于LED本身相比传统的光源有着发光效率高、节能省电、使用寿命长以及安全可靠等诸多优点,发展LED照明产业不仅有经济效益而且社会效益也是非常明显... 详细信息

LED照明作为一种新型节能、环保替代性技术,迅速成为政府、资本和企业界聚光的焦点。由于LED本身相比传统的光源有着发光效率高、节能省电、使用寿命长以及安全可靠等诸多优点,发展LED照明产业不仅有经济效益而且社会效益也是非常明显的。这符合当下低碳经济的潮流。虽然LED的优势特点非常惹眼,但是也有其弱点:均一性较差。这就给LED驱动提出了较高的要求。为了解决LED这一弱点,恒流驱动是最理想的选择。由于LED的应用场合越来越广泛,所以,针对不同的应用要求设计出不同功能的驱动器成为业内市场的发展方向。本文在阐述了LED的各项特性,行业发展的方向和面临的问题之后,针对LED的应用对驱动电路的发展现状做了简单的介绍。重点针对大功率LED照明驱动器的Buck电路的基本原理,调制方式和控制方式做了一一介绍。然后提出了本文的设计重点:一种宽输入范围、高调光比的滞环控制大功率LED恒流驱动器。对包括基准电路,偏置电路和调光三个子模块电路的设计做了重点介绍。然后对整体电路的构架设计,系统工作频率和调光原理进行了详细的阐述。原理分析后还通过Hspice对子电路和系统的各项参数进行了仿真。仿真数据显示,整个系统工作的各项指标均达到了设计目标。在完成子电路、整体电路的原理分析和电路设计仿真之后,应用Cadence对各个子电路模块和整体电路的版图进行了设计和验证。

关键词：恒流驱动宽输入范围高调光比滞环控制

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一种宽输入范围高侧保护控制器电路设计

微处理机 2024年第2期45卷 13-17页

作者：张丹单闯霍逸然中国电子科技集团公司第四十七研究所沈阳110000

为满足复杂应用环境下对负载提出的严苛要求,设计一种具有宽输入范围的高侧保护控制器电路,可在正常开/关转换和故障条件下实现对高侧NMOSFET的智能控制。电路采用0.18μm 120 V BCD工艺设计,输入电压工作范围为5.5 V至65 V。在电路芯... 详细信息

为满足复杂应用环境下对负载提出的严苛要求,设计一种具有宽输入范围的高侧保护控制器电路,可在正常开/关转换和故障条件下实现对高侧NMOSFET的智能控制。电路采用0.18μm 120 V BCD工艺设计,输入电压工作范围为5.5 V至65 V。在电路芯片中加入保护电路,对上电复位、过压、欠压等进行保护;以振荡器、电荷泵、故障比较器等构成控制电路;为防止芯片误触发关断外部NMOSFET,设计加入故障触发延迟时间电路。仿真结果表明,该电路芯片能够在标准输入电压范围内正常工作,栅源电压大于10.5 V,达到预期设计要求。

关键词：宽输入范围高侧保护控制器误触发故障比较器

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一种宽输入范围高电源抑制比的带隙基准电路

科协论坛(下半月) 2011年第5期 78-80页

作者：刘中伟夏素静周伟电子科技大学微电子与固体电子学院

提出了一种具有宽输入范围、高电源抑制比(PSRR)的带隙基准电路的设计方法。它由自偏置电路、两级预调整电路、带隙基准核心电路及反馈控制电路组成。采用TSMC0.25umBCD工艺,电压输入范围从6V到60V,在整个温度范围(-40℃—125℃)内的温... 详细信息

提出了一种具有宽输入范围、高电源抑制比(PSRR)的带隙基准电路的设计方法。它由自偏置电路、两级预调整电路、带隙基准核心电路及反馈控制电路组成。采用TSMC0.25umBCD工艺,电压输入范围从6V到60V,在整个温度范围(-40℃—125℃)内的温漂为7.3ppm/℃,低频下的PSRR为-103dB,在10MHz处仍有-86.7dB。

关键词：宽输入范围高电源抑制比带隙基准电压源