具有恒压恒流功能的电源管理芯片的低功耗设计

【摘要】：开关电源作为一种高效、环保的电力电子装置,在当今常见的电子产品中得到了广泛的运用。随着绿色节能理念的普及,电源管理芯片的设计已逐渐成为模拟集成电路的技术热点。其中单片集成的AC-DC电源管理芯片由于其应用电路结构简单、输出精度高、体积和成本更易于控制而被普遍应用于电能转换的系统设计中。 本研究课题的主要目标是设计一种具有恒压恒流功能的AC-DC电源管理芯片,并且在芯片内部模块中运用多种低功耗设计以降低芯片的功率损耗。本文所设计的芯片具有如下特点：采用PFM与PSM多模式调制,实现恒定输出电流与恒定输出电压的功能；采用内部集成的高压电流源电路与辅助绕组供电,可实现动态自供电并降低恒压模式下芯片的内部功耗；内部集成具有死区时间设置及电平位移功能的栅驱动电路,在减小功率开关管上升及下降时间的同时减少驱动级电路的功率损耗；内部关键比较器采用钟控电路设计,功耗可下降为传统两级比较器的一半；采用自动重启动控制电路,在外围电路出现故障时及时关闭功率管,定时对故障点进行检测以完成芯片的重启动。 本文首先对开关电源技术的发展历史及发展趋势做了简单的介绍。其次,详细叙述了开关电源常见拓扑结构的工作原理。然后,对开关电源系统的功耗来源及减小功耗的方法进行了详细介绍,在此基础上,本文详细讲解了内部子模块的多种低功耗设计方法并对其进行了仿真验证。最后,本文对整体芯片的恒流恒压功能进行了仿真,通过对仿真波形的分析计算得到了整体芯片的功耗水平。