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一种具有高PSRR及快速瞬态响应的供电电路设计与研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 发展现状和趋势

1.3 论文主要内容和章节安排

第二章 开关电源驱动控制芯片供电电路的结构与工作原理

2.1 开关电源驱动控制芯片供电电路的结构

2.2 带隙基准源的结构与工作原理

2.2.1 正、负温度系数电压产生原理

2.2.2 带隙基准原理

2.2.3 经典带隙基准源结构

2.2.4 提高PSRR的方法

2.3 LDO的结构与工作原理

2.3.1 调整管的设计选择

2.3.2 采样电阻的设计

2.3.3 LDO的瞬态工作过程

2.3.4 电源噪声抑制比

2.3.5 稳定性分析

2.3.6 性能指标

2.4 自偏置电流源原理

2.4.1 自偏置电流源

2.4.2 共源共栅电流镜

2.5 本章小结

第三章 各模块电路设计

3.1 预稳压电路设计

3.1.1 启动过程

3.1.2 工作原理

3.2 高PSRR带隙基准源设计

3.2.1 启动过程

3.2.2 工作原理

3.2.3 电路PSRR分析

3.3 LDO电路设计

3.3.1 共模输入范围(Input Common Mode Range,ICMR)

3.3.2 环路小信号增益

3.3.3 环路稳定性

3.3.4 瞬态增强电路工作原理

3.4 本章小结

第四章 供电电路整体仿真与验证

4.1 预稳压电路仿真

4.2 带隙基准源仿真

4.2.1 直流特性

4.2.2 静态电流

4.2.3 PSRR

4.3 LDO仿真

4.3.1 直流特性

4.3.2 交流特性

4.3.3 瞬态特性

4.4 供电电路整体仿真

4.4.1 直流特性

4.4.2 静态电流

4.4.3 瞬态特性

4.4.4 与其他文献性能对比

4.5 本章总结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

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摘要

开关电源以其体积小、质量轻、效率高、功耗低等显著优势,被广泛应用于各领域的电子设备中,并不断地朝着小型化、高频化、数字化的方向发展。随着科技地不断发展,电子设备的功能越来越复杂,这对开关电源的性能要求也将越来越高。作为开关电源驱动控制芯片中为功能模块提供工作电压的电路模块,供电模块的性能指标对芯片的整体性能具有决定性影响。
  本文首先对开关电源的背景及分类作了简要介绍,然后对其供电电路的背景、意义及结构进行了分析。然后介绍了现有文献提出的三类开关电源驱动控制芯片供电电路,在此基础上总结出开关电源驱动控制芯片供电电路的发展趋势,即:输入电压范围宽、电源噪声抑制能力强、面积小、瞬态响应速度快。其次,本文对开关电源驱动控制芯片供电电路的结构、带隙基准源的结构与原理、低压差线性稳压器(Low DropoutRegulator,LDO)的结构与原理进行了详细分析与推导。
  针对开关电源驱动控制芯片供电电路的发展趋势,本文设计了一种具有宽输入电压范围、高电源噪声抑制比(Power Supply Rejection Rate,PSRR)、快速瞬态响应的供电电路。包括宽输入电压范围的预稳压电路、具有高电源噪声抑制比的带隙基准源、无需大电容且具有快速瞬态响应的LDO。
  本文设计的具有负反馈结构的预稳压电路不仅拓宽了芯片的输入电压范围而且使其能够承受更大的输入电压波动,带预调节电路的带隙基准源电路不仅可以为芯片的工作提供一个稳定的、不受温度影响的基准电压,而且具有比传统基准更强的电源噪声抑制性能。对于LDO电路的设计,本文采用了带有调零电阻的密勒补偿技术和瞬态增强技术,提高了其稳定性与瞬态响应速度,使其在无大电容的情况下能够在较宽的温度范围内稳定工作,并且具有良好的线性调整率和负载调整率。
  最后,基于0.18μmBCD工艺,利用Hspice软件对所设计的供电电路进行了仿真。仿真结果表明:典型工艺角下,本供电电路输入电压范围为6~18V,输出电压为5V,最大输出电流为10mA,其线性调整率与负载调整率均小于0.01%,其静态电流小于100μA。所有指标均达到了设计要求。

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