移动电子产品的快速普及对现有电源管理芯片的充电功率以及充电时间提出了新的要求,电源管理芯片需要支持大功率快速充电并对片外器件进行精简,但是现有的电源管理芯片存在充电电流较低,需要片外时钟源输入,或保护电路不够完善等问题,难以满足低成本大功率快充市场需求。因此,本文设计实现了支持大电流充电,并且具有片上时钟和多种保护电路的大功率电源管理芯片。所设计的大功率电源管理芯片由低压上电系统、高压大功率充电系统以及保护电路系统构成。其中,低压上电系统用于对高压大功率充电系统和保护电路系统提供稳定的低压电源、基准电压和基准电流,具体包括带隙基准电压源、基准电压产生电路、基准电流产生电路、上电复位电路、低压线性稳压源、高压线性稳压源以及片上时钟等电路;高压大功率充电系统用于对芯片外部电池设备进行充电,包括休眠-限流模式转换检测电路、限流-大电流模式转换检测电路、升压电荷泵、升压电荷泵输出电压钳位电路、限流充电电路以及大电流充电电路等。此外,为了保证芯片在各个工作环境下的安全性,本文设计了多种保护电路用于保护大功率电源管理芯片正常工作,具体包括欠压保护电路、过压保护电路、过温保护电路、过流保护电路、噪声保护电路等。本文采用SIMC 0.18μm BCD高压工艺设计实现了该大功率电源管理芯片,芯片面积为3.39*1.46 mm~2。仿真结果表明,当芯片的输入电压范围为5 V到21 V时,低压上电系统工作正常,带隙基准电压源输出基准电压为1.2 V,低压线性稳压源输出电压为1.8 V,高压线性稳压源输出电压为4.3 V。高压大功率系统模式转换正常,当芯片未检测到电池负载设备时,芯片处于休眠模式;当芯片检测到片外电池负载,且电池电压小于3 V时,芯片转换到限流充电模式,输出充电电流为8.5 m A;当芯片检测到电池电压大于3 V时,芯片进入大电流充电模式,输出充电电流为5 A,最大输出功率为15 W。