一种片内供电的单片AC/DC开关电源芯片设计

摘要

本课题来源于02国家重大专项-汽车电子与节能芯片，基于电子科技大学(UESTC)和无锡华润上华工艺厂(CSMC)合作开发的国内首条700V BCD工艺平台，设计了一款片内供电的单片AC/DC开关电源芯片。在单芯片上集成了控制单元，片内供电模块，芯片保护电路和700V的功率MOSFET开关，形成具有完整功能的单片功率系统。本芯片具有集成度高，应用电路简单，效率高，EMI噪声低等诸多优点。本文对这款芯片中的片内供电模块，环路控制模块和芯片保护模块进行了分析和设计。
　　本文在进行片内供电模块和环路控制模块设计时，采用高压JFET复用的方式来完成电路构架。在功率MOSFET关断时，高压JFET从外接电源中抽取电能给芯片内部其它模块供电；在功率MOSFET导通时，高压JFET对功率MOSFET电流进行比例采样，进行环路控制。这种设计方式使本芯片具有电路结构简单，集成度高，制造成本低等优势。
　　本文在进行环路控制模块设计时，采用了一种新型的环路控制策略：电流的PWM调制模式结合PSM调制模式形成的双调制模式。这种控制策略确保本开关电源芯片在任何负载情况下都具有高的工作效率。
　　本文在进行芯片版图设计过程中，对电阻网络匹配，差分对匹配，整体版图布局，高低压隔离，ESD保护等问题进行研究,并根据实际设计情况制定出相应解决方案，以确保芯片版图布局优化,走线合理，功能正确。
　　最后，对本课题设计的AC/DC开关电源芯片进行流片测试，其结果表明本次设计的芯片基本满足设计要求。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外发展动态

1.3 本文的工作

第二章 AC/DC开关电源拓扑结构设计

2.1 常见开关电源拓扑结构介绍

2.2 AC/DC开关电源芯片的典型应用拓扑设计

2.3 本章小结

第三章 AC/DC开关电源芯片的设计

3.1 片内供电部分设计

3.2 环路控制部分设计

3.3 芯片保护部分设计

3.4 本章小结

第四章 AC/DC开关电源芯片版图实现

4.1 基准模块版图设计

4.2 过压欠压模块版图设计

4.3 振荡器模块版图设计

4.4 AC/DC开关电源芯片整体版图设计

4.5 本章小结

第五章 AC/DC开关电源芯片测试

5.1 带隙基准模块测试

5.2 过压欠压模块测试

5.3 5.8V电压调整器模块测试

5.4 振荡器模块测试

5.5 自启动模块测试

5.6 电流极限比较器模块测试

5.7 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果