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基于BCD工艺的AC/DC电源管理芯片设计

作　者: 陈掌
导　师: 朱向东
学　校: 西安科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电源管理芯片 反激式 AC/DC BCD 原边反馈 关断调节
分类号: TN492
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 238次
引　用: 2次
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内容摘要


反激式(Flyback)开关电源(SMPS,Switch Mode Power Supply)具有效率高、功耗低、电路简单、输入输出隔离、成本低等优点。在庞大的开关电源家族中,反激式开关电源是电源适配器、离线式电池充电器,传真等中小功率设备的首选。因此,对反激式AC/DC电源管理芯片(PMIC,Power Management Integrated Circuit)进行研究,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。设计了一款应用于反激开关电源的新颖原边反馈式电源管理芯片(PMIC)。该芯片采用有别于传统模式(PWM、PFM)的调节方法,通过控制功率开关管的关断时间来调节输出功率,即关断调节模式;芯片工作于DCM模式,具有恒流(CC)、恒压(CV)功能;该电源管理芯片应用辅助绕组感应负载的变化,完成输出电压的调节功能,不需要光耦,简化了应用电路拓扑的复杂度,同时有效的降低了系统成本。首先对芯片的设计方案和所选用BCD工艺进行分析,然后对芯片的各主要模块电路进行了分析和设计,进而完成整体电路分析和设计;最后基于MXIC 0.5um BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺,完成了芯片的版图设计。根据Foundry工艺模型参数,采用Spectre对芯片的各模块电路及整体电路进行分析和仿真,应用Virtuso完成芯片版图设计,基于Dracula完成版图物理验证,最后在MXIC成功流片,仿真和测试结果表明,所设计芯片能够可靠有效的工作,其应用电路输出功率可达5W,效率高达80%,满足设计要求。从而证明了理论分析的正确性和设计方案的可行性。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-8
1 绪论  8-15
  1.1 选题的背景  8-12
    1.1.1 电源控制芯片的发展动力  8-9
    1.1.2 电源控制芯片的发展现状  9-11
    1.1.3 电源控制芯片的发展趋势  11-12
  1.2 课题研究意义  12
  1.3 本文主要内容  12-15
2 BCD 工艺技术简介  15-21
  2.1 引言  15
  2.2 BCD 工艺的分类  15
  2.3 BIPOLAR 工艺简介  15-16
  2.4 CMOS 工艺简介  16-17
  2.5 DMOS 工艺  17-19
    2.5.1 LDMOS  17-19
    2.5.2 VDMOS  19
  2.6 BCD 工艺的发展方向  19-20
  2.7 小结  20-21
3 反激式开关变换器  21-28
  3.1 基本原理  21-22
    3.1.1 反激式变换器  21-22
    3.1.2 反馈方式  22
  3.2 工作模式  22-25
    3.2.1 连续导电模式(CCM)  23
    3.2.2 边界导电模式(BCM)  23-24
    3.2.3 不连续导电模式(DCM)  24
    3.2.4 典型应用  24-25
  3.3 芯片的工作模式  25-27
    3.3.1 原边峰值电流恒定  25-26
    3.3.2 恒压(CV)模式  26-27
    3.3.3 恒流(CC)模式  27
  3.4 小结  27-28
4 电源管理芯片(PMIC)电路设计  28-45
  4.1 基准产生电路设计  28-37
    4.1.1 REGULATOR 电路  28-33
    4.1.2 带隙基准电路  33-37
  4.2 振荡电路模块设计  37-39
    4.2.1 基本原理  37-38
    4.2.2 压控电流源电路  38
    4.2.3 模块仿真波形  38-39
  4.3 欠压锁定(UVLO)保护电路和启动电路  39-40
    4.3.1 传统UVLO 电路原理  39
    4.3.2 欠压锁定(UVLO)电路  39-40
    4.3.3 模块仿真波形  40
  4.4 前沿消隐(LEB)与过流保护(OCP)电路设计  40-42
    4.4.1 设计方案  40-41
    4.4.2 前沿消隐电路和过流保护电路  41-42
  4.5 过压保护(OVP)电路设计  42
  4.6 驱动电路设计  42
  4.7 整体电路设计  42-44
  4.8 小结  44-45
5 芯片版图设计  45-50
  5.1 版图设计的方式  45
    5.1.1 半定制版图设计  45
    5.1.2 全定制版图设计  45
  5.2 版图设计的考虑因素  45-47
    5.2.1 版图设计的准备工作  45-46
    5.2.2 遵循工艺的设计规则  46
    5.2.3 大功率器件的结构设计  46
    5.2.4 对称性设计  46
    5.2.5 导线与衬底或阱相连  46
    5.2.6 版图布局  46-47
  5.3 版图验证和后模拟  47-48
    5.3.1 版图验证  47-48
    5.3.2 后模拟  48
  5.4 芯片版图  48-49
  5.5 小结  49-50
6 芯片测试  50-53
  6.1 静态性能测试  50-51
  6.2 动态性能测试  51-53
7 结论  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-58
附录  58

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 专用集成电路
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