论文部分内容阅读
随着新能源汽车以及轨道交通的发展,IGBT作为电子电力系统的核心器件得到了广泛的应用。IGBT驱动芯片作为控制系统与IGBT功率模块的桥梁,直接关系到IGBT工作的安全性与可靠性,从而影响整个电子系统的稳定性。对于高性能IGBT驱动芯片的研究,有助于提高功率模块的集成度,改善IGBT工作环境,进一步推动电子电力系统向集成化、模块化方向发展。由于IGBT工作机制原因,驱动芯片的电源电压一般为15-20V。但内部控制电路所需电压依据工艺要求采用5V甚至更低,并且控制电路模块较小,功耗低的同时对于电源电压要求较高。针对这一特性,结合本课题组所设计的IGBT驱动芯片的设计要求,本文设计了一种适用于IGBT驱动芯片的改进型DC/DC与LDO级联的电源管理电路,实现了在高压差、低负载下具有高转换效率和低输出纹波的要求。该电路结构中采用恒定导通时间(COT,constant-on-time)控制技术的DC/DC转换器,保证电路在高压差、低负载下具有较高的转换效率。LDO采用NMOS型功率管,利用输出端低输出阻抗的特点,扩大LDO的环路带宽,将PSRR拐点推向高频,实现了在宽频率范围内具有较高的PSRR,从而有效滤除DC/DC的输出纹波;同时LDO控制环路采用芯片电源电压,节省了升压模块,减小了芯片面积。本文同时设计了一种新型的驱动缓冲电路,该电路可满足三种驱动方式的输出要求,提高芯片了驱动能力与集成度。电路设计基于华润上华CSMC 0.25μm工艺,使用Candence Virtuoso进行仿真验证。经过仿真验证,所设计的电源管理电路实现了 15V到5V的稳定降压,输出精度小于0.06%,最大输出电流40mA,输出纹波约2mV,最大转换效率为74.7%,且具有良好的瞬态响应。其中的LDO在低频段PSRR为-73dB,1MHz时仍具有-40dB。本文的研究对于提高IGBT驱动芯片中电源管理电路的转换效率以及稳定性具有一定参考价值。