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电流控制模式PWM控制器芯片设计

作　者: 肖华
导　师: 刘树林
学　校: 西安科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 控制器芯片欠压锁定 FLYBACK LVS
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 35次
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内容摘要

电源是各类电气设备的一个重要组成部分。开关电源由于效率高、体积小、重量轻等特点，使得其被广泛应用。而开关电源中使用的控制器芯片具有高集成度、高性价比、采用最简外围电路即能构成高效率电源等一系列优点。因此，开关电源控制器芯片成为IC行业内一大研究热点。本文设计了一款可应用于隔离与非隔离拓扑结构中的电流模式控制PWM控制器芯片。首先根据要求设计控制器芯片的原理框图，其中包含欠压锁定电路、基准电压源、误差放大器、振荡器、PWM电流比较器、驱动等关键电路模块。接着设计各模块的具体电路，对设计的电路进行定性与定量分析，并运用Hspice和Spectre对设计的各模块电路进行验证。最后采用反激变换器拓扑结构对控制器芯片整体电路进行功能及性能测试，测试结果表明了理论分析和电路设计的正确性。设计版图之前，需要熟悉版图的基本设计规则，掌握各器件的基本版图结构。为了更好地设计版图，在之前电路设计中标出需要承受较高电压的器件。对电路中需要承受较高电压的器件采取3um/40V的规则，其余器件采用3um/5V的低压规则，优化了版图面积，节省了成本。对设计完成的版图运用DRC(Design Rule Check)和LVS(Layout VersusSchematics)进行规则及电路一致性验证。最后，将通过验证的版图数据送至Foundry厂进行制造，待流片回来后对芯片进行测试。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-11
  1.1 开关电源控制器芯片的研究背景和研究意义  7-8
  1.2 开关电源控制器芯片的发展动态  8-9
  1.3 电源管理芯片的发展趋势  9
  1.4 研究开关电源控制器芯片的必要性  9-10
  1.5 本课题拟研究内容及研究目标  10-11
2 开关电源的组成原理及控制技术  11-24
  2.1 开关电源的组成及原理  11-12
  2.2 开关电源中引入缓冲电路的必要性和作用  12-16
    2.2.1 缓冲电路的类型  13
    2.2.2 RCD缓冲电路原理  13-16
  2.3 电压控制型开关电源原理  16-18
    2.3.1 电压控制型开关变换器的组成和原理  16-17
    2.3.2 电压控制型开关变换器的优缺点  17-18
  2.4 电流控制型开关电源原理  18-22
    2.4.1 电流控制型开关变换器的组成和原理  18-21
    2.4.2 电流控制型开关变换器的优点  21
    2.4.3 电流控制型开关变换器的缺点  21-22
  2.5 开关变换器的调制方式及其特点  22-23
    2.5.1 脉冲宽度调制  22-23
    2.5.2 脉冲频率调制  23
  2.6 本章小结  23-24
3 电流控制模式开关电源控制器的设计与验证  24-45
  3.1 控制器的原理框图  24-25
  3.2 欠压锁定及过压保护电路设计  25-26
  3.3 带隙基准电压源电路设计  26-34
    3.3.1 具有负温度系数的电压  26-27
    3.3.2 具有正温度系数的电压  27-29
    3.3.3 与温度无关的带隙基准电路分析  29-31
    3.3.4 带隙基准仿真  31-33
    3.3.5 参考电压检测电路  33-34
  3.4 振荡器电路的设计  34-36
    3.4.1 振荡器基本原理  34-35
    3.4.2 振荡器具体电路结构及工作原理  35-36
  3.5 误差放大器电路的设计  36-41
    3.5.1 误差放大器电路结构  36-37
    3.5.2 误差放大器性能指标仿真  37-41
  3.6 逻辑电路的设计  41-42
    3.6.1 触发器电路  41
    3.6.2 脉冲产生电路  41-42
  3.7 驱动电路的设计  42-44
  3.8 本章小结  44-45
4 控制器芯片的系统仿真  45-56
  4.1 概述  45-47
  4.2 反激变换器  47-51
    4.2.1 反激变换器的组成和工作原理  47-48
    4.2.2 反激变换器的能量转换模式  48-50
    4.2.3 反激变换器的主要特点和应用  50-51
  4.3 控制器整体电路仿真验证  51-55
    4.3.1 采用理想变压器的验证电路  51-54
    4.3.2 模拟实际变压器的验证电路  54-55
  4.4 本章小结  55-56
5 控制器的版图设计与检查验证  56-66
  5.1 版图设计基本规则和流程  56-58
    5.1.1 版图设计基本规则  56-57
    5.1.2 版图设计基本流程  57-58
  5.2 基本器件版图设计  58-61
    5.2.1 三极管版图设计  58-59
    5.2.2 电阻版图设计  59-61
    5.2.3 划分隔离区  61
  5.3 关键器件的版图优化设计  61-62
  5.4 整体版图优化设计  62-63
  5.5 芯片版图的物理验证  63-65
    5.5.1 DRC验证  64
    5.5.2 LVS验证  64-65
  5.6 本章小结  65-66
6 结论  66-69
致谢  69-70
参考文献  70-71

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