电荷泵DC—DC负电源设计.pdf

上海大学
硕士学位论文
电荷泵DC—DC负电源设计
姓名:赵新江
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:汪东旭
20060101
摘要本文完成了负压~电荷泵电源的电路设计、仿真,它广泛应用于测量仪器、硬盘驱动、数码相机以及便携式通信设备。它利用时钟脉冲,控制电容的充放电,将能量由输入高效传输给负载;它以电容作为能量存储和传输的载体,不需使用电感,因而电磁干扰小:它外接电路简单,仅需使用三个电容、两个采样电阻和一个外接基准电压源就可实现可调的稳定的负电压输出。本电源系统包含偏置电路、误差放大器、压控振荡器、开关网络、分频电路、非交叠时钟产生电路、电平转换电路等模块。该设计采用“錭ひ帐现,并采用抡婀ぞ叨愿鞲瞿?榧跋低辰蟹抡嫜橹ぁ7抡娼峁表明,该系统能够将的输入电压转换为一的稳定输出电压,驱动电流可大于;恍士纱锏ィ涑鑫撇ㄐ∮,线路调整率低于ィ疺,负载调本文设计中的主要创新点为:模块化设计本文系统,并提出各个模块的设计目标:运用阱切换技术改进传统的开关网络,消除体效应,提高了开关网络的转换效率;根据本系统的特点,应用参考“地”作为误差放大器的基准源,降低系统的复杂度并且改善了系统的性能;本系统使用调频方式实现稳压输出,综合系统及压控振荡器的特点,对误差放大器进行改进,加入电平移位电路,使其输出电压满足系统及压控振荡器的需要。关键词:电荷泵,开关网络,线路调整率,负载调整率,转换效率整率小于龋ィ筢堋卜海人学硕宦畚
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中导师签名:壶盎勉日期:签名:塾舌监讶掌冢鹤竺::≥钞原创性声明本论文使用授权说明了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容。签名:
第一章绪论弟一早研究背景—电源分类及发展方向以超深亚微米狹琕工艺和核复用为支撑的系统芯片,技术是国际超大规模集成电路发展的趋势和二十一世纪集成电路技术的主流。当前,经济建设、社会发展、国家安全和社会信息化的需求为集成电路产业提供了前所未有的广阔市场和难得的发展机遇。我国的集成电路产业经过几十年的发展己经初具规模,形成了比较完整的工业体系,国家期盼己久的超大规模集成电路制造业发展高潮正在到来,加快集成电路设计业的发展是我国集成电路产业实现跨越发展的当务之急。电源乃是利用电能变换技术将市电或电池等一次电能转换成适合各种用电对象的二次电能的系统或装置“腥缛颂宓男脑啵撬杏玫缟璞傅亩⒏髦钟电设备的核心、电子工业的基础产品。任何电子信息系统都离不开电源,膊能例外,因此,电源控制芯片在杓浦姓加蟹浅V匾5牡匚唬矣τ眉9惴海仅以移动通信和各种酚玫降南低承酒@溆昧烤图?晒邸R约扑慊为例,我国目前计算机的年销售额为万台,对开关电源控制芯片的需求量就达万片,而每片的价格大约为—元,因此,仅计算机电源每年的市场需求就约为~亿元。特别是随着我国通信与网络、电力系统、工业生产、医疗卫生、环境监测与保护、文化娱乐与家电产业的发展,电源管理类芯片有庞大的产业前景。在和移动电话的驱动下,世界电源控制芯片市场在年虽然受到全球业不景气的大环境的影响,增长率出现了下降,但依然获得了サ脑龀ぃ锏亿美元,市场前景非常可观。—电源分为线性电源和开关电源,而开关电源分为电感式开关电源利电荷技术海人学硕十学位论文
线性稳压电源是一种连续控制电源,调整管总是工作于放大区,流过的电流是连续的。它的缺点是承受过载和短路的能力差、效率低,一般只有%~%。由于调整管上工作在线性放大状态,为了保证输出电压稳定,其源漏极之间必须承受较大的电压差,导致调整管功耗较大。“。由于调整铃’损耗较大的功率,所以需要采用大功率调整管并装有体积较大的散热器。开关电源技术属于典型的电力电子技术,它运用功率变换器进行电能变换,可以满足各种用电要求。开关电源的调整管工作在开关状态,功率损耗小,效率高,可达%~%,正是由于其高效节能可带来巨大经济效益,因而引起社会各方面的重视而得到迅速推广。开关还具有电源体积小的优点,是电源的发展方向,现已成为主流产品,其功率从零点几瓦到数千缸,广泛用于仪器仪表、办公自动化设备、无线通信设备、笔记本电脑、彩色电视机、摄录像机、/电源适配器等领域。随着芯片尺寸不断减小,电源的尺寸与微处理器相比要大得多,所以开关电源是朝体积小、集成度高的方