基于开关电源应用的电流型PWM控制器的设计

摘要

社会信息化热潮的兴起，推进了计算机、通信、汽车、自动化装置、航空航天及现代家电产品的迅猛发展，有力地促进了开关电源向小型化、模块化、轻量化、绿色化及高效率、高可靠地更新换代，并为开关电源提供了日益广阔的市场，开关电源控制器芯片的研究已成为国内功率电子学领域中颇受关注的热点。 本文主要研究基于开关电源应用的电流型脉宽调制(PWM)控制器芯片的设计。目前国内的开关电源控制器正从电压型控制过渡到电流型控制，峰值电流型控制技术可以在逐个开关脉冲上响应负载电压的和电流的变化消除电压型控制所具有的等待和延迟。 本文分析了这种具有省电模式和功率限制的峰值电流型PWM控制芯片的工作原理和电路结构，分块设计了芯片内部各个功能块包括运放、比较器、基准、振荡器与绿色工作模式、欠压锁存、斜坡补偿电路、前沿消隐电路、逐个脉冲电流限制、保护电路和输出级等，给出了大部分的晶体管级电路图，并对电路中各管子的尺寸优化设计。基于SinoMOS 1.0um 40V/40V 2P2M CMOS工艺BSIM3V3.2模型，采用Cadence的Hspice仿真工具对主要功能块电路模拟，仿真波形也一并给出。在20V工作电源电压下，电路的起动电流仅仅为30uA，工作电流仅为4mA。采用1.0um，一层多晶、双层铝线的高压CMOS工艺，对该电路的版图布局进行讨论，同时给出整个电路物理层版图。并且对下一步的工作提出了一些建议和展望。

目录

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第一章绪论

1.1开关电源的概述

1.2开关集成控制器的作用、现状及发展方向

1.2.1开关电源控制器在开关电源中所处的地位和作用

1.2.2开关集成稳压器、控制器的现状

1.2.3开关集成稳压器、控制器的发展方向

1.3单片开关集成稳压器、控制器的分类

1.4论文的主要工作和结构安排

第二章PWM控制原理

2.1 PWM控制模式的控制原理

2.2电压模式控制PWM

2.3电流模式控制PWM

2.3.1平均电流模式控制PWM

2.3.2峰值电流模式控制PWM

2.6本章小结

第三章电流型PWM控制芯片

3.1峰值电流型PWM控制芯片的原理

3.2主要功能模块的设计及仿真验证

3.2.1启动电路的具体实现

3.2.2基准电压

3.2.3振荡器和绿色工作模式

3.2.4脉冲宽度调制比较器

3.2.5功率限制

3.2.6恒定输出功率限制

3.2.7同步斜坡补偿电路

3.2.8前沿(上升沿)消隐(脉冲前沿电流峰值持续时间或空白时间)电路的设计

3.2.9电流检测及PWM电流限制

3.2.10过热保护

3.2.11带有软驱动的图腾柱输出级

3.3本章小结

第四章应用电路

4.1 PWM控制器的应用开关电源结构

4.2基本的DC-DC变换器电路

4.3反激式降压型变换的拓扑结构

4.4功耗损失问题

4.5本章小结

第五章版图设计

5.1模拟电路设计需要考虑的问题

5.2电路间的相互干扰及采取的措施

5.3本设计的工艺选择

5.4本章小结

第六章总结与展望

致谢

参考文献

研究成果

附录