离线式AC/DC PWM控制器芯片设计

摘要

电源有如人体的心脏，是各种电子设备必不可缺的组成部分。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源碍大类，而开关电源SPS(switching power supply)被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。本文基于上华0.5um BCD工艺设计了一种离线式AC/DC脉宽调制控制器，并根据实际应用的要求完成了对控制器功能划分、电路的设计和仿真及版图的设计。 本文综述了开关电源的历史和发展趋势，分析了开关电源系统的拓扑结构、关键技术和应用系统，基于电流控制模式技术设计了PWM控制器芯片的整体框架。通过对芯片内部的基准电压模块、振荡器模块、电源模块、软启动模块、节电模块、跨周期模块、电流比较模块、电压监控模块、过温保护模块、驱动模块等子模块功能和技术指标的分析、研究，设计并优化了相应模块电路及参数，给出了基于HSPICE的优化仿真结果。 本文通过对上华0.5μm BCD工艺的深入研究，不但完成了系统的电路设计和仿真，而且基于Cadence设计平台完成了PWM控制器的版图设计，提出了一些基于BCD工艺的版图设计经验。 本文设计的PWM控制器芯片集成了欠压、过压、过温等保护功能，保证了控制器芯片安全稳定工作；此外，采用跨周期技术提高了轻负载时的电源效率。 本文的设计依托2007年姑苏创新创业领军人才项目“新型电源信息管理芯片的研发”，目前芯片尚在流片中，其功能指标还有待测试验证，芯片定型后将由苏州市华芯微电子有限公司产业化。

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声明

第一章绪论

1.1开关电源的发展与趋势

1.2单片开关电源集成电路的发展

1.3课题研究的意义

1.4本课题的目标

1.5本文工作

第二章开关电源的基本原理和应用系统

2.1 DC/DC变换器的基本拓扑结构

2.2开关电源的调制模式

2.3开关电源的控制方式

2.4应用电路

第三章控制器的电路设计

3.1基准电压模块

3.1.1基准的分类

3.1.2电压基准源电路原理分析

3.2振荡器

3.2.1振荡器的分类

3.2.2 RC振荡器的设计

3.3电源模块

3.4软启动电路

3.5节电电路

3.5.1偏置电流

3.5.2跨周期比较器

3.6电流比较器

3.7电压监控

3.8过温保护

3.9驱动电路

3.10整体电路仿真

第四章版图设计

4.1设计工艺

4.2设计规则

4.3匹配设计

4.4减小寄生

4.5减小干扰

4.6可靠性设计

4.6.1天线效应

4.6.2 latch up

4.6.3 ESD

4.7版图设计经验

4.8版图的验证

第五章结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢