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本文基于开关电源Boost升压原理,采用0.6umCMOS工艺,研究设计出一种高稳定性,低功耗,具有较高转换效率的新型直流转换器控制芯片。本文设计完成的芯片只需简单地配备电感、电容、肖特基二极管、开关管四个分立器件就可构成完整的直流稳压电源解决方案。该控制芯片采用电压控制模式、PWM调制方式、结构简单、响应速度快、有很高的稳定性。其主要技术指标达到了同类产品的先进水平,能够在2.6v~5v的电源电压范围,-40℃~85℃的温度范围内正常工作,固定5v输出电压,输出电压调整率保持在±3.5%以内,低至20uA的静态输入电流,重载转换效率85%。可以广泛应用于PDA、照相机、数码相机、便携式摄像机、电动玩具、手持通讯设备等便携式产品。
本文设计的控制芯片主要包括基准电压、误差放大器、振荡器、比较器、偏置与片选电路、过热保护电路、开关管驱动电路、控制逻辑电路等。为了追求更好的性能,本文对部分模块电路进行了改进和创新如下:
(1)本文在原有的带隙基准电路上,通过增加电压减法器的方法,将电源噪声直接添加到反馈回路当中,调整PMOS电流镜的栅源电压保持恒定,以减小电流镜电流的变化,提高带隙基准的电源抑制比至-92dB,增强了电路的抗干扰能力,达到输出稳定的效果。
(2)本文巧妙地利用pn结电压Vbe的温度系数为负温度系数的特性。设计了一种新颖可靠的温度保护电路。保护电路在125℃时输出翻转,芯片停止工作,达到保护的目的。同时设置了一个滞回温度点85℃,只有在温度低于85℃时芯片才重新开始工作,克服了单温度保护点电路易受温度误触动的缺点。
(3)本文将振荡器中电容的充放电阈值上下限设置为2v、0.5v。充放电电流则采用运放对MOS管进行偏置的方式,产生大小等于基准电压除以电阻的精密电流。分析和仿真的结果都表明,振荡器获得了稳定的100kHz振荡频率。