低成本紧凑型AC-DC节能电源泉控制IC设计

【摘要】：随着手机用户的增加,电脑的普及,对于小功率离线式AC-DC 电源需求迅猛增大,如:电源适配器,电池充电器,和电脑待机电源等。追求低成本和高效率,减低能耗,让客户受益,成为持久的需求。 数年来,为了实现小功率AC-DC电源,以及节能的需求,半导体电源公司开发了许多集成度高的电源芯片,一部分集成了高压管,如:Power Integration, ST意法半导体, Fairchild 仙童半导体, TI 德州仪器和ON Semiconductors安森美芯片;另外部分没有集成高压管。芯片的高集成度使得外围器件尽量减少,引人注目。但在满足节能需求的同时,其成本比线性电源和Ringing Choke Converter (RCC)贵。尤其是输出功率小于5W时,贵了许多。 本文设计和实现了适用于EMITTER SWITCHING 结构的低成本紧凑型AC-DC节能电源控制IC,其中内部主要功能电路模块由本人设计和TopSPICE 仿真实现,如:内部基准源模块,欠压锁定模块,偏置电路,驱动模块,振荡器模块,误差比较器模块,电流型脉宽调制器模块和开关控制逻辑模块。版图交由版图部同事完成,采用0.6um CMOS 工艺,在上华(CSMC)流片成功。并以此IC 为核心基于EMITTER SWITCHING 技术设计一个手机锂电池充电器的AC-DC 电源系统验证此节能控制芯片设计;最后对该系统进行了整体性能测试,实验结果完全符合节能充电器标准。 本课题所设计和实现的低成本TO-92 封装低成本紧凑型AC-DC 节能电源控制IC 芯片,是EMITTER SWITCHING 结构模拟方案的全球独家开发商,也是全球独家提供商。此模拟控制IC 及其实现的系统给电源行业的发展提供了一个独特的,全新的方向,是传统实现方式的补充,填补了此领域的空白,实现了保证高性能条件下的低成本方案。最终客户有NEC,BIRD,HUAWEI 手机厂家。 【关键词】：脉冲频率 宽度调制 交-直流待机电源 空载电源 发射极开关
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TN402
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题来源和研究任务9-10
• 1.2 相关技术发展动态10-13
• 1.2.1 三引脚PWM/MOSFET 技术发展状况10-11
• 1.2.2 单端反激式开关稳压电源的基本工作原理11-12
• 1.2.3 电流控制PWM 脉宽调制器12
• 1.2.4 EMITTER SWITCHING 原理介绍12-13
• 1.3 课题研究意义13-15
• 第二章 芯片设计环境和工具介绍15-18
• 2.1 原理图编辑软件――DESIGN WORKS15-16
• 2.1.1 界面介绍15
• 2.1.2 编辑功能介绍15-16
• 2.1.3 SYMBOL 编辑界面介绍16
• 2.2 IC 仿真软件――TopSPICE16-18
• 第三章 低成本紧凑型控制IC 驱动高压NPN 三极管设计18-22
• 3.1 驱动高压NPN 三极管电路设计18-19
• 3.2 低成本紧凑型控制IC 驱动高压NPN 三极管设计19-22
• 3.2.1 保证高压NPN 三极管基级驱动能力设计20
• 3.2.2 减小高压NPN 三极管关断时间设计20-21
• 3.2.3 低成本紧凑型控制IC 驱动高压NPN 三极管设计21-22
• 第四章 低成本紧凑型控制IC 系统设计22-27
• 4.1 外围应用电路设计22-23
• 4.2 低成本紧凑型控制IC 系统设计23-27
• 4.2.1 芯片引脚复用设计23
• 4.2.2 启动电路设计23-24
• 4.2.3 芯片自身工作过程设计24-25
• 4.2.4 芯片内部功能框图设计25-27
• 第五章 芯片内部主要功能模块设计27-41
• 5.1 基准电压源模块设计27-29
• 5.1.1 设计原理27-28
• 5.1.2 基准电压源设计28-29
• 5.2 振荡器模块设计29-33
• 5.2.1 设计原理30
• 5.2.2 振荡器电路设计30-33
• 5.3 比较器模块设计33-34
• 5.4 欠压锁定模块设计34-35
• 5.5 电流型PWM 控制模块设计35-38
• 5.5.1 电流限制电路设计35-37
• 5.5.2 用于电流限制的电压转换器37-38
• 5.6 电流斜坡补偿模块设计38-40
• 5.7 脉宽调制(PWM)逻辑控制模块设计40
• 5.8 PWM 和PFM 切换控制设计40-41
• 第六章 整个AC-DC 开关电源TOPSPICE 仿真41-43
• 6.1 整个AC-DC 开关电源TOPSPICE 仿真使用的原理图设计41-42
• 6.2 开关电源TopSPICE 仿真42-43
• 第七章 芯片内部参数测试43-48
• 7.1 芯片晶圆照片43
• 7.2 TO-92 封装后的成品照片43-44
• 7.3 芯片内部参数测试电路44
• 7.4 芯片成品特性测试44-45
• 7.5 可靠性测试RELIABILITY SUMMARY45-48
• 7.5.1 ESD & Latchup 测试45-46
• 7.5.2 老化测试46-48
• 第八章 利用本文设计的芯片,进行AC-DC 开关电源型手机锂离子电池充电器应用设计和功能验证48-65
• 8.1 应用举例:设计AC-DC 开关电源型手机锂离子电池充电器48-55
• 8.2 AC-DC 开关电源型手机锂离子电池充电器实物和其具体电路图55-57
• 8.2.1 开关电源型手机锂离子电池充电器实物55-56
• 8.2.2 该AC-DC 开关电源型手机锂离子电池充电器具体电路图56-57
• 8.3 该AC-DC 开关电源型手机锂离子电池充电器测试57-63
• 8.3.1 测试对象57
• 8.3.2 测试平台搭建57
• 8.3.3 测试平台简介57-58
• 8.3.4 系统测试和测试结果58-61
• 8.3.5 该充电器输出CC/CV 特性测试61-63
• 8.4 测试结果分析63
• 8.5 MOTOROLA 手机锂离子充电器电性能要求63-65
• 第九章 结论和展望65-67
• 附录: TO-126 封装 3DD13002 介绍67-69
• 参考文献69-71
• 致 谢71-72
• 本人简历72

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