【摘 要】
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随着电力电子系统的快速发展,电源管理芯片尤其是高压开关型稳压器广泛应用于新能源发电、矿井系统、车载电源等场合。这些场合的输入电压范围很大,最大输入电压可能会达到几十伏甚至更高,需要高压的电源管理芯片来为其供电,因此研究高压电源芯片的关键技术具有很重要的意义。本文重点研究单片集成高压开关电源的三项关键技术,并将其应用于一款30V的DC-DC变换器中进行了验证。下面概括本文的主要研究内容:1.研究了基
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随着电力电子系统的快速发展,电源管理芯片尤其是高压开关型稳压器广泛应用于新能源发电、矿井系统、车载电源等场合。这些场合的输入电压范围很大,最大输入电压可能会达到几十伏甚至更高,需要高压的电源管理芯片来为其供电,因此研究高压电源芯片的关键技术具有很重要的意义。本文重点研究单片集成高压开关电源的三项关键技术,并将其应用于一款30V的DC-DC变换器中进行了验证。下面概括本文的主要研究内容:1.研究了基于高压NMOS功率开关的自举升压技术,提出了三种优化方案。其中:低功耗自举技术采用PMOS代替二极管,导通压降小,功耗低;电源检测型自举技术通过检测芯片输入电压VIN,使得VIN较小时,自举电压仍能满足要求;电压稳定型自举技术通过负反馈,稳定自举电压与开关节点的压差VBS。2.研究了高低压电平转换技术,从器件尺寸、电路结构角度提出了三种改进方案。其中:锁存反相器式电平转换技术通过形成锁存反相器结构,减小了占用面积,且降低了静态电流;SR锁存器式电平转换技术通过在输出端加入SR锁存器,解决了传统电平转换技术的切换不对称问题;高性能电平转换技术结合前两种方案,采用两个反相器代替传统的交叉耦合结构,并在输出端加入SR锁存器结构,翻转时间由传统结构的23.21ns降低为0.96ns,且降低了功耗,也实现了翻转对称。3.研究了片内集成稳压器的相关技术。研究误差放大器结构对PSRR的影响、功率级的选取、基准电压与基准电流的产生、各项性能指标的定义及影响因素以及片内集成LDO零极点分析及频率补偿方法,最终设计出抗噪能力强、系统环路稳定、结构简单、占用面积小的片内集成LDO结构。4.基于0.5μm BCD工艺,将本文研究的三项技术应用到一款高压开关电源芯片XD1121中,利用Cadence平台、Hspice工具对芯片进行了整体仿真与版图绘制,各项指标均满足设计要求。
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