电流模式隔离式开关电源控制器的分析与设计

摘要

近几年来,各种消费电子相关设备开始普及，使用电能或混合动力的新能源汽车也开始崭露头角。由此带来的是各电子产品对电源管理芯片提出了越来越高的要求。电流模式隔离式开关电源在许多场合具有非常多的优势，尤其是在分布式电源系统中，其扮演着非常核心的角色。本文基于上海华虹宏力半导体制造有限公司的BCD工艺设计了一个峰值电流模式控制的隔离式开关电源芯片，其在典型应用中可以达到36V至76V的输入电压范围，最高输入可达到100V，可以输出30A的电流，具有欠压保护，过温保护，过流保护，软起动等功能。
　　本研究首先对开关电源的常见拓扑以及控制方式就行了详细的讨论，着重分析了有源钳位正激这种拓扑和PWM峰值电流控制模式这种控制方式，从而确立了控制器的工作方式，提出了芯片的整体模块结构。于此同时，本文还详细推导了基于谐波平衡方法的电流控制模式的小信号系统模型，该模型对开关电源性能的提升有着非常关键的作用，因为这个模型有效地避免了次谐波震荡问题的出现，从而优化了电源系统环路的设计。本文还介绍了自顶向下设计方法学以及在本控制器设计过程中该方法学的具体实现，这种设计方法相比较传统设计方法有着诸多优点，可以非常有效地提升本文芯片的设计效率和发现问题、解决问题的能力。随后，本文详细介绍了本芯片中一些关键电路的设计思路，如电流产生电路、PWM比较器电路、高压调整器电路和振荡器及脉冲产生电路。这些电路都进行了理论分析和包括工艺角容差仿真，交流，直流仿真等电路仿真和验证。最后给出了芯片整体的仿真结果图。通过本次毕业设计，完成了一个峰值电流模式控制的隔离式开关电源芯片的设计。由于本人水平有限，对于一些知识的理解还不够透彻，芯片设计还有些许不完善的地方，很多功能的也开发有限，但是本人相信，以后此类的芯片设计会更加成熟和完善并且具备更多的功能。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1课题背景

1.2论文意义

1.3本论文的主要工作

第二章 芯片的原理与系统设计

2.1 开关电源的拓扑

2.2 开关电源的调制和控制方式

2.3 电流模式隔离式开关电源的系统设计

2.4 自顶向下设计方法

2.5 本章小结

第三章 子电路的设计与仿真

3.1 电流产生电路

3.2 PWM比较器电路

3.3 高压调整器电路

3.4 振荡器及脉冲产生电路

3.5 本章小结

第四章 整体电路的仿真与分析

4.1 电路启动过程仿真

4.2 负载切换仿真

4.3 本章小结

第五章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果