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1、ABSTRACT电子科技大学硕士学位论文种低功耗的AC-DC芯片的设计与实现姓名：陶万科申请学位级别：硕士专业：微电子与固体电子学导教师：李平20090501摘要随着电力电子技术的发展，电力电子设备与人们的工作、生活关系日益密切， 而任何电子设备都离不开可靠的电源。进入90年代开关电源相继进入各种电子、 电器设备领域，如程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等。开 关电源中核心的部分就是控制IC,由于其具有高集成度、高性价比、最简外围电 路、高效率等优点，所以得到了广泛应用。本文的开关电源电路结合了各种先进技术，在笔记本适配器、离线电池充电 器、机顶盒、电视和监视器的备用电源等相关领
2、域有着广泛的应用，因此具有重 要的研究价值。此文中分析设计了一种电流模式控制PWM型开关电源电路。它采 用华润上华lum 40VSPDMBiCMOS工艺制程，利用反激式拓扑结构电流模式控 制实现系统的稳定。该电路在低于10W的低功耗，高效率离线反激式转换器的应 用中表现出优异性；正常工作的开关频率为50kHz,最大占空比为80%;具有斜 坡补偿功能，保证了反馈环路工作的稳定；具有软启动功能，可以避免启动时的 电感电流过冲；具有跳周期工作的特性，提髙了轻负载时的转换效率；具有频率 抖动功能以减小EMI;内置了过流、过压和过载保护功能。本文首先阐述了电流模式开关电源的工作原理，详细介绍了本电路的整
3、体工 作原理，重点介绍了欠压锁存和内部电源、过压保护、栅驱动、带隙基准、电流 基准、电压调节器、偏置电路、频率抖动控制、振荡器和模式控制电路、保护电 路模块、计数器、逻辑电路和修调电路的工作原理，并利用仿真工具对电路进行 了仿真。仿真结果表明本文基本完成了设计工作，达到了设计要求。然后介绍了 BiCMOS工艺和版图设计的要点，列出了本设计中几种重要的器 件的结构和版图，接着将部分子电路的版图进行简单分析，同时也列出了整体版 图。这些版图都通过了 DRC和LVS的验证。最后对整个论文做了一个总结，并提出了本设计以后工作的方向。 关键词：开关电源，软启动，跳周期模式，频率抖动，斜坡补偿ABSTRA
4、CTWith the development of electric and electronic technology, the electric and electronic equipments have been used broadly in our work and life. Every electronic equipment can not woric without reliable power. In 1990s the switching power had been used in all kinds of fields, such as exchanger, com
5、munication and control equipmts. The core of switching power is control integrated circuits. Because it has the characteristics of high integration, most cost effective, simple periphery circuit and high efficiency. So it has been used broadly.The switching power supply unifies all kinds of advanced
6、 technology. It is suitable for high power AC-DC Adapters for Notebooks, Offline Battery Chargers, Set-Top Boxes Power Supplies, TV, Monitors, etc. Therefore the project is worth studying. A currrait-mode PWM switching power supply circuit is designed in this thesis. It is based on CSMC lum 40VSPDMB
7、iCMOS process. The system is controlled by current mode feedback loop on the basis of flyback topology. It is q)timized for high pafoimance low standby pow and cost effective offline flyback converter qpUcatioiis in sub lOW range. It works at 50KHz frequency and maximum duty is 80 percent. Slope com
8、pensation maintains stability at duty more than 50 percent. Soft-start can eliminate the inrush current when the power switch starts. The chip itself goes into burst mode at light loads. Inter frequency jitto- function is used for improved EMI. Over current, over voltage and over load protection are
9、 providedThis thesis first introduces the basic theory of current mode switching power. The operating theory of this circuit has been demonstrated. The operating principle and simulation analysis about UVLO, internal supply, gate driver, bandgap reference current reference, voltage regulator, bias c
10、ircuit, frequency jitter control, OSC, operating mode control, protection block, counter, logic and trim have been particularly expounded in the end of this thesis. Simulation results have declared the circuit function has been achieved and the performance characteristics have been obtained.ABSTRACT
11、This thesis then introduces the essences of BiCMOS process and layout. Some important devices structure and layout are declared. The thesis also analyses layouts of some sub-circuits. At the same time, the whole layout of this chip has been provided and has passed the check ofDRC and LVS.At last, th
12、e chip designed in this paper is summarized and the trend of this research is introduced.Keywords: Switching power. Soft start, Burst mode. Frequency jitter, Slope compensation独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料
13、。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。签名：fm 日期：叫年月M曰关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：碑h辦 导师签名日期：年月叫日III电子科技大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论在中国电子整机企业推进绿色采购、绿色制造和绿色设计过程中，包括中国
14、 在内的世界多国出台了要求更趋严格的节能法规，使得中国企业在设计“绿色电 源”、进行节能降耗方面面临着更大的压力。特别是随着越来越多的中国产品出口 到海外，满足欧美等地的电源规范标准变得愈加重要，电子设备制造厂商除了需 要更注重产品的种种新的特色功能外，还需要更加关注产品的电源管理和节能特 色。与此相应的，各种节电技术不断涌现，更高性能的IC解决方案纷纷问世，从 而使中国厂商采用能够满足苛刻法规要求的绿色能源成为可能。为了推广高效率的节能产品，并方便消费者区分，全球多个国家和地区纷纷 发布了各种节能规范，例如“能源之星”认证项目、美国加州能源委员会（CEC)、 欧盟行为准则、欧洲高能效电器组织
15、（GEEA)，均把节能放在环保的重要一环。 欧洲2008年开始执行由GEEA发出的能源标签，中国在2006年三月实施的节能 评价值指标为待机能耗3W,能效指数为1.1: 2009年3月1日实施的节能评价值 为待机能耗1W,能效指数为0.75。待机效率：在3W150W功率段的适配器，分 段执行0.75W、0.5W、0.3W的标准。使用在25%, 50%, 75%, 100%时的能效大 于一定的数值。从2005年丨月开始执行，第一阶段待机功耗在0.5W的标准（我 国现执行0.75W标准)。2006年7月更严格执行0.3W待机能耗标准。新标准在节 能方面有新的规定，其中要求电源转换效率由先前的72%
16、提升至80%以上，同时 也对待机、休眠、空闲等各种工作状态也做了更严格的规定，在功率大于85W的 产品中要求主动支持PFC但所有这些标准没有强制执行，由于消费者对节能意识不是很强，对价格的 要求强于节能。所以市场上80%以上的产品不能满足能源标准。但有迹象表明在 2010年这些标准将在全球大范围内强制执行。电源适配器属于劳动密集型产品，技术附加值较低，广泛記套于电话子母机、 语音复读机、随身听、游戏机、笔记本电脑、移动电话等电子及信息类产品，是 与消费者息息相关的有安全性指标要求的电子产品。1.1开关电源国内外研究状况在当前，世界上开关电源的研究状况可以从市场占有率上可见一斑。在目前 的开关电源国际市场上，特别是AC-DC单片开关电源芯片的市场份额，主要被如 PI (Power Integration), ST (意法半导体)，TI (德州仪器)，NS (国家半导体)， Fairchild (仙
