用于旁路开关的Charge-Pump设计

摘要

由于现代人们对产品绿色、节能要求的不断提高，太阳能的利用越来越得到重视。太阳能项目，特别是分布式光伏项目应用变得日益广泛。旁路开关，可应用于太阳能光伏电池中。当光伏板因使用环境的影响，可能有部分电池元胞因被遮蔽而处于负载状态，此时旁路开关可对其他非遮蔽辐照元胞产生的光伏电流进行分流，避免该电流直接流经负载电池元胞产生的过电压击穿或者烧毁负载电池元胞，起到保护作用。
　　本文设计了一种用于新型旁路开关的Charge-Pump电路。该新型旁路开关不同于传统旁路开关，是由Charge-Pump电路、VDMOS及小容值陶瓷电容三部分共同组成。上述几个部分可完全实现集成封装，便于实际应用。相比于传统用做旁路开关的肖特基二极管而言，它具有正向导通压降低，反向漏电流小，功耗低，寿命长等诸多优点，具有较大的应用优势。
　　本文主要工作如下：
　　1、对由Charge-Pump电路构成的新型旁路开关的实际应用环境进行介绍，给出其具体的拓扑结构，并重点说明其工作原理。通过对几个主要技术指标如占空比、平均正向导通压降等参数进行了仔细的分析，并推导出它们的理论计算公式。根据以上几点说明它相对于传统肖特基二极管在光伏应用中具有的优势。
　　2、在0.18μm的某工艺平台下对Charge-Pump电路进行实现。该Charge-Pump电路由5个子模块构成，分别为：电荷泵、振荡器、电压检测器、逻辑控制单元及驱动单元。在Charge-Pump电路结构设计过程中，利用Candence软件对内部各子模块以及 Charge_Pump整体电路进行仿真。仿真结果表明在典型的应用环境下（电流为8 A时），该新型旁路开关的正向导通压降为62 mV，是传统肖特基二极管的百分之二十以下；漏电流约9.7μA，反向耐压为45.5 V，满足实际应用的需求，实现既定的设计指标。
　　3、在Charge-Pump电路的设计工作完成后，根据工艺的特点，调整设计方案、优化电路结构，最终完成版图的绘制工作，为后续流片、测试等工作奠定良好的基础。

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第一章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.3课题研究意义及目标

1.4本文主要工作

第二章 用于旁路开关的Charge_Pump的结构及原理

2.1 新型旁路开关概述

2.2 Charge-Pump电路的基本原理

2.3 Charge-Pump整体电路的拓扑结构与工作原理分析

2.4 外围器件的选取与分析

2.5 本章小结

第三章 子模块的设计与仿真分析

3.1 振荡器的设计与仿真分析

3.2 电荷泵的设计与仿真分析

3.3 电压检测器的设计与仿真分析

3.4 逻辑模块的设计与仿真分析

3.5 驱动模块的设计与仿真分析

3.5 本章小结

第四章 整体电路的仿真分析与版图设计

4.1 整体电路的仿真分析

4.2 Charge-Pump电路的版图设计。

4.3 本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果