電流模式PWM控制器芯片的設(shè)計.pdf

1、開關(guān)電源以其高效率、小體積等優(yōu)點獲得了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的開關(guān)電源普遍采用電壓型脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，而近年來電流型PWM技術(shù)得到了飛速發(fā)展。相比電壓型PWM，電流型PWM具有更好的電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性也得以明顯改善，特別是其內(nèi)在的限流能力使控制電路變得簡單可靠。 本文基于1μmHVCMOS工藝，利用CadenceEDA電路設(shè)計軟件和Hspice仿真軟件設(shè)計了一款低功耗的電流模式PWM控制器芯片。該芯片適

2、用于反激拓撲結(jié)構(gòu)的中小功率AC/DC開關(guān)電源模塊。文中在詳細分析開關(guān)電源的基本工作原理的基礎(chǔ)上，給出了PWM控制器芯片的整體結(jié)構(gòu)，并對各個子電路模塊進行了設(shè)計和仿真分析。在輕載或者無負載的情況下，芯片進入Burst控制模式，通過降低芯片的工作頻率來減小外圍器件MOSFET的開關(guān)損耗和高頻變壓器的磁芯損耗，提高電源的轉(zhuǎn)換效率，降低系統(tǒng)的待機功耗。為了減小系統(tǒng)的EMI輻射干擾，設(shè)計了頻率抖動電路，通過微調(diào)芯片的工作頻率來改變信號的頻譜分布，

3、降低電磁干擾的峰值，改善系統(tǒng)的EMI性能。由于芯片采用的是峰值電流控制方式，當(dāng)占空比大于50％時，存在亞諧波振蕩和噪聲敏感等問題，因此設(shè)計了斜坡補償電路，可以避免諧波振蕩的發(fā)生，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在芯片的輸出級設(shè)計了軟柵驅(qū)動電路，利用兩個大尺寸NMOS管組成圖騰柱式輸出結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)驅(qū)動能力較大，可以直接驅(qū)動外部MOSFET開關(guān)管。此外，芯片內(nèi)部還集成了完善的保護電路，包括逐周期電流限制保護(OCP)、過溫保護(OTP)、過載保護(OL

4、P)、鉗位保護、過壓保護(OVP)以及欠壓鎖定(UVLO)。 根據(jù)設(shè)計規(guī)則完成版圖的設(shè)計，并利用Dracula版圖驗證工具對整個版圖進行了DRC和INS檢查，最終版圖面積約為1.4mm×1.7mm。芯片完成了流片，對封裝后的芯片成品進行了測試，測試結(jié)果表明，芯片工作正常，各項指標基本滿足設(shè)計要求。芯片的正常工作電壓為12V～23V，正常工作溫度為-20℃-85℃，可應(yīng)用在筆記本電源適配器、電池充電器、電視機頂盒電源等電子設(shè)備中。