（电路与系统专业论文）一种智能型ballast+controller芯片的研究与设计.pdf

r 7 2 2 8 1 2 一塑垩奎兰堡主兰垡笙苎 摘要 在节能和环保目益成为人类社会共识的今天，开发具有节电、改善功率因数、 延长灯管寿命等诸多优点的智能型电子镇流器控制芯片( b a l l a s tc o n t r o l l e r ) 越来越 成为现代混合信号集成电路设计和电力电子集成技术的一个热点研究问题。 当前主流b a l l a s t 控制芯片虽然集成了多种保护功能，但由于数字化程度低，常 依赖分立器件设定系统参数，而无法实现对灯管工作状态的精密跟踪和优化控制， 尤其是难以同d s p 等算法模块协同工作以实现电路状态的实时数据处理和传送，限 制了b a l l a s t 产品的升级换代。 为了解决以上问题，本文根据单片算法模块+ 智能控制芯片协同工作的架构重 新定义设计了b a l l a s t c o n t r o l l e r 芯片，并称之为i n t e l l i g e n t b a l l a s t c o n t r o l l e r ( i b c ) 。 在基本不提高工艺成本的条件下，设计方案集成了l o 位s a ra d c 作为数据转换模 块，使芯片能快速有效地采集处理电路状态信号，并能通过芯片端口和算法模块交 换数据，实现对b a l l a s t c i r c u i t 的实时动态控制。值得指出的是，由于设计中对a d c 中d a c 电容阵列开关顺序进行了优化，有效地提高了数据转换精度。 本文创新点在于：根据算法处理模块和i b c 协同工作的设计理念，重新定义和 设计了i b c 的功能模块和端口，加入了高精度低功耗的s a r a d c 模块，并应用最 新的“i n l b o u n d e d ”算法改进了其中的d a c 电容阵列开关导通顺序，提高了数据 的转换精度，增强了电路的实时动态控制能力。此外，设计的i b c 还能方便地用可 编程方式设定系统参数，以及实现多种智能化保护功能。 本文基于以上目标和思路，在电路与工艺设计中利用了国际上先进的数模混合 功率集成电路的设计环境，在参考近年来此方向上主要研究成果的基础上，给出了 完整的设计方案。计算机仿真结果与预期结果基本相符，表明设计方案可行，相关 的工作也对此领域研究做出了有益的探索。 关键词：i n t e l l i g e n t b a l l a s t c o n t r o l l e r ( i b c ) ，s a r a d c 设计，1 n l b o u n d e d ， 数模混合信号系统，智能电源管理。 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 智能电子镇流控制器( m c ) 各种类型的荧光灯、气体发光灯管包括节能灯都有。个共同的心脏电子镇 流器( e l e c t r i c a lb a l l a s t ) ，而b a l l a s tc o n t r o l l e r 芯片则是控制这个核心的核心。由于 照明用电在总用电量中所占份额可观，随着各国政府对节能，环保等各项新政策和 新标准的推出，对b a l l a s t 提出了更加复杂和新颖的要求。这使b a l l a s tc o n t r o l l e ri c 逐渐成为现代超大规模集成电路和电力电子技术研究的热点和难点： 她的“热”是因为各种新技术的应用使这方面的市场前景越来越广阔；她的“难” 在于这类控制i c 的外围应用电路结构复杂，往往数模混合，元件众多，而且随着具 体灯电路的改变难以实现对b m i a s tc i r c u i t 的算法控制和可编程数据采集，这就给实 现精确控制和各种智能保护功能集成造成了很大困难。 最近随着c p u 、d s p 等数字设计技术的发展，国内外对b a l l a s tc o n t r o l l e r 的设 计已经开始提出更新更高的要求：1 、最新研究已经可以运用诸如m c u ，f p g a 和 d s p 等单片算法处理模块来协同b a l l 喊c o n t r o l l e r 工作，实现对环路的动态精确跟 踪控制。这就要求新的b a l l a s tc o n t r o l l e r 拥有即时的数据处理功能来为单片算法模 块提供b i l l e tc i r c u i t 状态参数，而在i c 内集成数据模块必然会引入更多的逻辑控 制和高精度模拟电路，为整个系统设计带来挑战；2 、设计新的芯片端口来实现系统 参数的数字可编程方式设置( 灯管预热，再起动定时等时间量) 和数据输出；3 、实 现b a l l a s tc o n t r o l l e r 的多功能高智能控制与保护，这包括当前市场上流行的调光， 过热保护，过压保护，过流保护，容性保护和p f c 控制等功能。因此，新的电子镇 流控制器的设计要在一个片上将数据转换( a d c ) ，振荡器，通信和可编程设置端 口，模拟传感保护和逻辑控制等各种模块集成在起，这就是新的i n t e l l i g e n t b a i l a s t c o n t r o l l e r 。较之传统产品，这样的i b c 不但将使c h i p 能及时协同算法模块或者其 他单片模块一起实现电路的动态精确控$ 1 h 还能保持自己结构相对的简单和独立， 避免过多的模拟分立器件接入所引入的误差。 浙江大学硕士学位论文 1 1 1b a l l a s tc o n t r o l l e r 基本原理和应用 b a l l a s t 是实现利用民用2 2 0 v 交流电提供荧光灯一类光源所需电源的重要控制 电路，f i g 1 1 1 就是个典型的高性能电子镇流器的原理图，从中就可以看到b a l l a s t c o n t r o l l e r 在整个系统中所占的重要位置：它将逆变，启动，保护和功率引子调整电 路组合成一个完整的电子系统，同时对产生精确的灯控制电流和模式十分关键【1 】。 当前，高性能电子镇流器专用控制电路一般都具有包括功率因子校正、灯光调节、 开灯预热、灯管断路警报、灯再起动程序调控等一系列功能。 1 1 1 高性能电子镇流器的电路结构 一般的b a l l a s t c o n t r o l l e r 要控制的典型应用电路主要包括以下几个： 功率因子校正( p f c ) 电路 目前绝大多数电子设备与工频电网相接的输入整流滤波单元都采用二极管和大 容量电解电容器造成网侧电流严重非正弦化，故系统的p f 远低于1 。p f c 就是针对 传统整流电路弊病，在提高系统电流失真因子同时，减小输入基波电流和电压的相 移，实现p f 值等于1 的目标。f i 9 1 1 2 所示为b a l l a s t 常用升压型有源p f c 电路。 f i 9 1 1 2 电子镇流器中的p f c 电路 浙江大学硕士学位论文 逆变电路 逆变电路最主要的功能是将经功率因子校正电路输出的高压直流变换为供荧光 灯使用的高频交流。图3 所示为电子镇流器中最常用的电流馈送推挽零电压开关 ( z e r ov o l t a g es w i t c h i n g ，z v s ) 谐振逆变电路及其相关波形。图中功率m o s f e t 推挽管( v 1 和v 2 ) 在占空比为5 0 的驱动脉冲驱动下交替地通、断，并在功率变 压器初级电感和电容构成的并联谐振回路中电流过零时换向，实现零电压开关 ( z v s ) ，对高压直流实行斩波。考虑到灯网络的总阻抗在高频时会减小，以及荧光 灯的负阻特性，可以发现随灯电流减小，逆变电路的输出电流将会增加。 a 划 推挽 ，鼹动 b 剧 灯电路网络 f 姆1 1 3 电流馈送推挽z v s 谐振逆变电路及相关波形 宵波幅艘 2 ： 4 v 方波频枣 3 3 , s k h z 交流峰- 峰值 l ，9 a 绽鞲频率 3 3 8 k h z 灯电路网络除须将逆变电路输出的高频交流功率输送给灯管，完成电一光的高 效转换外，还包括诸如灯丝预热、灯电流检测反馈以及整个电子镇流器系统的辅助 供电源等功能。f i 9 1 1 4 为实用双灯管灯电路网络的实例。图中功率变压器t 初级 接逆变电路，通过电容直接向灯管输送灯正常发光所需的灯电流，次级绕组则向灯 管提供预热和维持工作的灯丝电流。控制电路可根据灯电流的大小( 甚至包括灯管 脱连和断路) ，判断灯的发光强弱，然后向逆变电路发送相应的控制信号。 3 】 凇 浙江大学硕士学位论文 船巷信母 f i 9 1 1 4 灯电路网络示例 1 1 2 电子镇流控制器分类和性能特点 f 豫1 1 5 灯电路网络示例 目前，市场上的电子镇流控制器大致可以按照两个方面分类： 首先是按国际国内的电工标准分成性能的高中低三大类，国际电工委员会( i e c ) 和欧洲也制定了类似标准严格限定了设备的功率因子必须接近1 。国内现在虽尚无 相应标准，但可以确信相关标准的出台是迟早的事。如表1 1 1 中所列，除高档电子 镇流器外，均属不合格产品。 性能l i 低档l i中档 | i 高档 ：；：= = = ： = 。：= = = = 。 。：鲨：= = 一 网侧功率因子lo ，5 71 1 0 9 左右 l 0 9 以上 ：；：= ；：鲁k ：b ：d | = = ：一三次谐波电流| 1 6 0 8 0 l l 约2 0 l l 0 9 9 ，t h d 2 n do l ，1 ( 2 n d0 2 ) i ( 2 n d0 1 ) ，由于m f l 、m f 2 两管为高阻 状态，所以b 点电位下降得比a 点快，因此m b l 比m b 2 的导通程度大，从而使a 点电位上升得比b 点快，这又使得m n 2 比m n l 的导通程度大，于是b 点电位下降 得更快( 正反馈) 。另外，m w l 中流过的电流比m w 2 中的大，使得c 点电位比d 点电位低，于是m m 2 中的电流比m m l 中的小，从而导致b 点电位下降得更快。 从以上的分析可以知道，这种结构采用了两级正反馈，从而实现了快速比较。 整个比较器的设计充分体现了低功耗设计的特点，l a t c h 不存在静态功耗，而前 二级仅在工作时有功耗，一旦比较结束，立刻由控制信号关断电路。 f i r , 3 2 5s a r a d c 比较器后级l a t c h 电路图 a d c 另一个重要模块d a c 的设计为达到提高转换精度的目的，如上所示必须对 电容阵列的开关顺序进行优化。当今流行的几种导通顺序包括行一列( r o w - c o l u m n ) 对称顺序和分级对称( h i e r a r c h i c a ls y m m e t r i c a l ) 顺序，都能从一定程度上消除线性 浙江大学硕士学位论文 和和二次电容误差，然均有待于完善。本文利用文献 1 7 中提出的i n lb o u n d e d 的 算法加以改进来设计d a c ，以进一步减小误差，提高精度。她的具体设计将结合后 面第5 章i b c 的版图设计部分进行详述。 3 3 内部振荡器模块设计 本设计采用对电容电阻的充放电来产生电压振荡。首先，通过基准电压源产生 一个稳定的电流，再通过电流镜产生对电容充放电电流，然后用迟滞比较器来控制 电容充放电的时间，最后产生所需要的振荡波形。振荡器基本的电路结构如下所示。 。科 1 7 i 9 3 3 1 振荡器的基本电路结构 上图右半部分中一个运算放大器、一个n 管和一个外接的电阻r ，组成了产生 精确电流的电路，其工作原理与电压调节器类似，都是通过反馈的电压与基准电压 1 5 v 比较的结果，经运算放大器放大，作用于n 管的栅极，来控制流过n 管的电 流，该电流的大小由电阻r ，决定，即为1 5 v r ，。该电流通过电流镜，镜像为电 容c 的充放电电流，对电容充放电。左半部分图中，迟滞比较器的作用是把电容充 放电电压的三角波变成方波输出，控制迟滞比较器输出端的n 管的开关，从而控制 电容整个充放电的过程。电阻r 。的大小决定迟滞比较器输出波形( 方波) 的占空比。 具体来说，如下图所示，设置迟滞比较器的“窗口”为o 5 v 3 7 v ，当电容两端电 浙江大学硕士学位论文 f i 9 3 3 0 振荡器的整体电路 明显，这里振荡器设计的难点在于其频率精度，如果采用电流源充电就必须提 高它的精度和稳定性。因此本设计采用高精度的b a n d g a p 参考电压源产生标称电压， 再用其控制电流镜对标准电容充放电，这样就能产生符合精度要求的振荡波形。因 为i b c 有预热和正常等工作模式，所以这里需要有选择器。控制振荡器频率的重要 参数是电容c t 的大小，在此用内置电容阵列实现，这时可以根据算法控制端l o a d 的数据来灵活调整( v i o d o v i o d 9 ) 。 2 2 3 4 传感和p f c 控制模块设计 一、设计思想 i b c 的模拟传感和p f c 控制部分模块，主要是为了实现：1 彳艮好的协调控制 外部p f c 电路或芯片工作；2 具体调节灯预热和中断的功能。因此这部分的电 路主要是一些以运算放大器为主要单位的传感控制电路。 p f c 控制电流放大器： 它由电压误差放大器、无须补偿的电流传感放大器、积分器、比较器及逻辑 控制电路组成。在升压型功率变换部分，功率因子的校正通过电流传感电阻输出 传感电压和流过的电流，利用对误差放大器的积分电压信号和r s e n s e 两端电压 的比较实现占空比的调节，占空比的控制定时如f i 9 3 4 1 所示。 f i 9 3 4 1p f c 控制原理图 二电路设计 电流放大器 器件内部的运算跨导放大器执行p f c 的电压反馈、电流传感和环流放大三方 面工作。该跨导放大器按具有小信号正向跨导比较低的特性设计，以使在补偿网 络中可采用大阻值电阻作负载及小容量( = n n + 电容误差序列8 一2 ，故剩下的 8 个电容中c m a x 越小越好，根据以上两个条件可以基本确定连接v i n + 和f i n - 的电 容位置。在连接矾n + 的8 个电容的导通次序必须依次抵消梯度误差的积累。应 用i n l b o u n d e d 算法设计的导通顺序如f i 9 4 1 2 中所示，此时梯度误差积累( i n l ) 的最大值仅为1 4 1 4 9 0 ，远小于绝对工艺梯度误差4 9 d 。 f i 9 4 1 1 电容阵列梯度误差分布图 实际主d a c 电容矩阵共 ( | = 日扛，计+ “计t o 岛+ 4 岛玩一咄2 4 2 9 0 q 3 4 2 9 。+ 咄 v i n - 7 3 n 一1 一o g o 0 9 a 一4 强一4 9 ,2 4 2 9 , 一o 6卜n _5 - 2 4 2 9 0 一嗡- 2 9 b 一4 9 0o g , 一4 9 0, f z g o 一0 9 , 4 w a l - v l n -1 - 3 4 2 9 0 + 4 9 0剖2 一0 硫一 o g m + 4 粕 n -28蚺n - f i 9 4 1 2 电容阵列开关次序图 2 5 6 个单位电容，同上例，当 w = 每( x ，y ) 。白( x ，_ y ) 。= 1 时，按以上两个条件可确定连接f i n 一的1 2 8 个电容 i = l l = 1 的位置。于是得到整个主d a c 的导通顺序。显然，当工艺不同( 两种误差比率 不同) 时，电容d a c 中各电容导通顺序也有所不同。电阻型子d a c 的输出连 6 接到每个单位电容，只要寄存器中的4 。a 。，任为1 ，则第27 + 4 个电容和子 i = 0 d a c 导通。根据以上设计的数模转换器的i n l 仿真结果将在下一部分给出。 采用a b c d 工艺进行了比较器的版图设计。在设计中为减小噪声干扰，采用 浙江大学硕士学位论文 第二层金属横向布线的方法，同时考虑到对称 性，环境差异等因素，用多个m o s 管并列实现 输入对管，以减小分布电容整个s a ra d c 版 图如右所示，面积8 0 0 r t m 9 8 8 1 a m ： n 9 4 1 3s a r h 3 d c 电路版图 4 2 内部振荡器模块版图设计 在振荡器版图设计时，首先因为振荡点是个高阻抗点，必须在电压输出点和 其他模块的接口处加一个缓冲放大器进行匹配；其次为了提高精度和减少失配， 考虑电路核心部分的中心对称，特别是大电阻和电容结构的对称结构和差分输入 对管的交叉耦合。 整个版图如r i 9 4 2 1 所示，面积：3 3 0 u mx2 7 0 u m 矾9 4 2 1 振荡器电路版图 4 3 传感，p f c 控制和逻辑控制模块版图设计 传感比较器和逻辑控制两个模块是面积相对较小的单元电路，所以在布局布 线是可以综合统筹考虑，做在一起。p f c 控制用高精度基准电压源和电压调节器 版图： 4 6 浙江大学硕士学位论文 f i 9 4 3 1 高精度电压调节器和过压比较器版图 面积；6 5 0 u mx7 2 0 u m过压比较器版图：面积：9 0 u mx7 0 u m 状态逻辑控制模块版图如下f i 酗3 2 所示 f i 9 4 3 2 状态逻辑控制电路版图 在数字逻辑模块版图设计时，要尽量利用信号传输的空间，使各个逻辑功能 之间连续而不烦杂，关键信号的引出位置耍和所控制的模拟电路的l a y o u t 位置 统筹考虑。 4 4m ci c 版图设计和注意问题 减小工艺失调的影响 目前集成电路随特征线宽减小，工艺失调误差不可避免存在。如多晶硅电阻 的绝对误差为2 0 一5 0 ，这是难以容忍的。为了减小工艺失调影响，本毕业 设计还采用了以下措施： ( 1 ) 采用相对精度 由于集成电路制造中，电阻和电容的绝对精度都相当差，因此想要得到非常 精确的电阻和电容值是非常困难的。但是，其相对精度却可以做得比较高，如电 阻的相对精度可以达到1 0 以内，甚至2 以内i 在电阻版图设计中用“等比例 4 7 浙江大学硕士学位论文 复制”方法就是例子之一。 ( 2 ) 采用对称结构 在集成电路制造中，由于搀杂浓度、载流子运动方向，离子注入方向、蚀刻 等工艺因素在硅片上的不均匀性，也会产生工艺失调。采取对称结构设计的版图， 可以将工艺不均匀性造成的失调减小到最低程度。如在差分对设计时用蝴蝶型的 交叉互补结构。 ( 3 ) 采用微调技术 毕竟，不管制造工艺如何先进，版图设计采用何种结构，总不可避免存在 定的误差。因此在模拟电路的版图设计中，采用微调技术可以保证最后设计好的 版图具有一定的灵活性，如在电阻条版图设计时预留多个接口，这样通过修改一 层掩膜就可以微调电阻值的大小。 减小热源的影响 由于半导体材料中载流子迁移率与工作环境温度密切相关；而且芯片中的电 阻和电容值也与温度有关。因此为了减小热源对电路性能的影响，本毕业设计采 用了以下措施：1 、使关键敏感电路远离热源；2 、采用热对称设计技术，使元器 件的受热情况一致。 减小电路间相互干扰 在混合信号电路中，由于电流和电压在工作过程中的不断变化，经常产生信 号之间的相互干扰。比如数字电路开关过程会引起电流、电压的突变，在电源线 和地线电压上产生毛刺。因此为了减少电路之间相互干扰对电路性能的影响，本 毕业设计采用了以下两方面措施： ( 1 ) 保护环( g u a r d r i n g ) 工艺上就是用大量小接触孔将金属线连到芯片衬底，然后将整块金属接地或 电源。对要求高电路可用双保护环。设计保护环时要尽量利用芯片中空余面积， 使芯片不留太多空白。 ( 2 ) 模拟电路与数字电路分开 版图设计时，将模拟电路模块和数字电路模块分开，也能有效减少电路之间 的相互干扰。把它们的电源线和地线分开，可以有效的减少不同电路模块通过电 源线和地线耦合的干扰。 根据以上原则，整个i b c 的布局图如下：可以看出对工艺参数敏感的电容电 浙江大学硕士学位论文 阻阵列都采用了对称设计，其他布局布线都依照前文所示的规则，尽量减少后端 设计给系统性能带来的误差。芯片的输出端口也尽量能靠近直接的模块，以减少 不必要的压降和寄生参数。第二个图为布线以后的i b ci c 系统版图。 冒i 9 4 4 1 瑚c 版图布局布线图 浙江大学硕士学位论文 第五章i b ci c 模块仿真 5 1 数据转换模块( a d c & d a c ) 仿真 本次仿真主要是测试所设计的a d c 芯片的常规参数，包括非线性( 微分非线 性和积分非线性) 、最小分辨率等。测试采用码密度直方图法a 首先对d a c 和比 较器子模块进行仿真。 d a c 的仿真 假定厂家工艺梯度误差数据如第 四章所述，则利用m a t l a b 对d a c 阵列中1 2 8 个u n i t 电容矩阵产生的 i n l 进行仿真，w 如上定义。因一般 数字c m o s 工艺的匹配精度为 1 0 b i t ，设1 6 1 6 电容矩阵中失配误 差恰为1 0 b i t 下的1 l s b ，则经归一化 后的i n l 仿真结果如f i 9 5 1 1 ，可见 d a c 的匹配精度正好可以提高到1 2 w f i 9 5 1 1i n l 误差改进效果图 位b i t 的精度，满足系统高精度数据处理要求。 比较器的仿真 利用h s p i c e 对比较器电路仿真，设置频率为3 6 m h z ，v r 。t = v c m = 2 5 v ，比较 器输入模拟比较电压m n 十= 3 5 4 0 6 4 9 v ，v i n 一接入电压为理想标准电压，比较器 工作的波形如f i g s 1 2 所示。比较器在时钟信号上升沿得比较结果，经过放大测 算最小分辨电压为o 0 1 5 m v 。 ” 瞄 惜吣瞄啦 o c日瞿群芋日i 浙江大学硕士学位论文 蔓。 器 j2 1 omm l a 1 , l ul f v a 姗瓣靴 f 1 墨1 ”焉“”，”“嚣”“嚣”四：”p 1 n | dt m i r l g s 1 2 比较器仿真波形 整体s a r a d c 模块仿真 静态参数测试将输入正弦波信号设置为频率1 9 1 h z ，幅度范围一0 0 0 5 v 5 0 0 5 v ，a d c 采样频率设置为1 0 0 k h z ，采样1 9 1 个正弦波整周期获得1 0 0 k 个 数据点，经过m a f l a b 数据处理得到码密度直方图和1 n l 和d n l 曲线如下所示： f i g s 1 3 码密度直方图 f i g s 1 4i n l ，d n l 仿真结果 5 1 一 塑望茎兰至主兰堡堕苎 动态测试时，将输入正弦波信号设置为频率1 0 1 3 1 8 3 6 k h z ，幅度范围0 1 v - - 4 9 v ，a d c 采样频率设置为1 0 0 k h z ，采样8 3 个正弦波整周期获得8 1 9 2 个数据 点，经过m a t l a b 对数据进行f f t 处理得到频谱图及部分动态参数如所示： f i 9 5 1 5 频谱图 所设计的a d c 在2 5 。c ，5 v 和3 6 m h z 的使用条件下主要性能指标的仿真结 果和设计初制定的模块设计目标相比，效果如下表t a b l e5 1 1 所示( 每项第二行 粗体为仿真结果) l o s r a m e l t o r nt y p 懈u n 玎噶 1 i n ll s b 1 n 3 5 1 i ) n l l s b o 9 2 3 功耗 1 0 m w 6 2 8 6 0 s n rd b s 兜5 最小分辨率 0 0 5 m v 0 0 1 5 t a b l e5 1 1s a i la d c 仿真结果对比 以上仿真结果表明，本项目设计的a d c 工作情况与电路仿真情况相同，实 现了模数转换的基本功能，同时输入信号为低频正弦波时测试得到的常规参数基 本符合了预期效果。 浙江大学硕士学位论文 5 2 内部振荡器模块仿真 电路控制启动振荡后的波形如f i 9 5 2 1 所示： 6 0 4 ，0 一 、7 2 0 g0 50 j 0 、。 1a 一1 0 1 1 7 0 一 、一j 0 1 口 n 哪删卿删哪 f 熊脚幽且螋卿卿盯 t m e fs ) f i 9 5 2 1 振荡器仿真波形图 当c t = 1 0 0 p f ，r ，= 1 q ，r 。= 0 时，测最大振荡频率，波形如下 “ ： “ 善” h 。 _ 蘸垂l 一 ： 。 _ 。； ： j - 。：_ 睦 卜 = 二 r 一 二 “ 一，毒“ t 。德，黼“。“。- f i g s 2 2 振荡器最大频率仿真 r i g s 2 3 振荡器预热频率仿真 从f i 9 5 2 2 可以看出，该振荡波形的f m “约为2 1 m h z 。r i g s 2 a 为预热频率仿真， 实际振荡频率为9 9 1 k h z ，误差0 9 k h z 为1 0 0 k h z 的0 9 5 ，温度稳定性测试如 下表，在1 0 0 k h z ，v c c = 6 v 条件下，可见误差 4 ，很好地达到了预设指标。 浙江大学项士学位论文 3 0 0 2 8 0 2 6 0 2 o ! 各 2 4 0 2 2 0 2 0 0 j 二娑芝髯，i 1 一v ；i = ；爵f = g = = ；= ； = 芋 1 5 04 02 db4 d6 0劬1 0 01 2 01 4 0 i e m p e r a t u r e f i 9 5 2 4 振荡器温度误差仿真 电压调制稳定性如f i 9 5 2 4 所示，无论在5 v ，1 2 v 1 5 v 电压调制稳定性 1 k o s c i l l a t o r r e q u e n c y r a l l p r e h e a tm o d ek h z 2 m v o l t a g ea t l a m p f b = 3 v一1 1 0 u a 【v i d o ，v i d 5 2 ( p r e h e a t )1 0 9 c t c h a r g i n gc u r r e n t v o l t a g e a tl a m 1f b = 3 v 2 2 0 p a r x c x 2 0 p e n 2 2 3 5 f r e q u e n c ys t a b i l i t y 4 5 5 t e m p e r a t u r es t a b i l i t y 3 8 t a b l e5 2 1 振荡器仿真结果对比表 从以上对比可以看出设计的振荡器模块完全符合原先制定的目标。 塑垩查堂堡主兰垡丝苎 5 3 传感和p f c 控制模块仿真 p f c 控制电流放大器 如图失调电压= 7 2 u v ，单位增益g b 和相位裕度8 8 m h z 和1 2 7 。，压摆率s l e w r a t e = 2 9 v u s ( 上升) ，3 6 4 v u s ( 下降) ，共模抑制比c m r r = 8 7 3 4 d b ，如图所示： vc 一_ 0 + 嘲 p 2 m t 埘 o m ? 、。一、。 n l 、 。i r 。 卜、一 。，一一。，。堡! ! ! ” 墨翌翌匹鬣鬣篁翌二= = = = = = = = = ”。 【一 j； j ! ? j ? ! ? s l 。二。+ 。! 。 l 。t 一j 二：。 f i 9 5 3 1 电流放大器性能仿真 从以下t a b l e5 3 1 中对比可见此电流放大器的各项参数都符合设计要求。( 每 项第二行 陋t p a r a m e t e r nt y p刑【a xu n n s c o n d i t i o n s i n p u to f f s e t v c m = 0 2 5m v v o l t a g e 7 2l l v i n p u to f f s e t v c m = o 2 5 n a c t l l * r e l l t 0 舱 o p e nj o o p v c m - - 0 9 0 d b g a m 1 0 0 5 v c m = 0 t o8 0 c n 瞰 d b 1 5 v 8 7 3 4 o 2 v o li l = l m a v 0 1 2 9 7 5 v o hi l 一1 2 0 u av s 1 6 3 2 5 g w m h z & 8 t a b l e5 3 1 电流放大器仿真结果对比表 浙江大学硕士学位论文 预热中断定时器和过压比较器仿真 主要是通过预热中断定时器和误差放大器等来实现。定时器具体的仿真电路结 构用如下来实现：b r kt m r 是计时充电电容的电路节点，当他上升导致和1 2 7 v 的电压比较反转后实现控制信号传感。他的功能仿真信号如下 d ” j 2 0 l 】 a v c 泓c 删一一吼 g f i g s 3 2 中断控制逻辑仿真 定时器开关时候的充电电流大小性能为：w h e n v b r k = 1 2 7 0 v i b r k = - 2 0 1 u a 过压比较器的仿真特性如下图所示传输延迟0 , 7 m s ，电流1 2 m a * m m t k p mj h _ ”_ _ 一 口： f； ： 2 l e _ e ：5d ： “【 】 t ” ”一“奋一气：扩。扩i - 、 p 一一一 f i g s 3 3 过压比较器性能仿真 参考源仿真 以下是对带隙基准源基本指标性能的仿真波形。f i 9 5 3 ，4 是它的随i t 。n 和温度稳 定性特性图，以看出变化都 5 m y 。 2 9 】 以下t a b l e5 3 2 是整个模拟传感部分电路：参考源，预热定时器和过压比较器 仿真结果和s p e c 目标对比，可见m 设计基本符合要求。 浙江大学硕士学位皓文 f i 9 5 3 4b a n d g a p 性能仿真 每项第二行粗体为仿真结果： i 蟪鲤e 嘲黪灏斓自 爨一誊簪鬻罄蠹誊7 鬟。i z 囊i i 鏊。蓼鬻鬃黧囊黧甏溪蒜囊纛乏鎏舞。l 巍是 v c c z 一4 5 v v c c 5 l i t h er e g u l a t i o nm v v c c z 一05 v l 1 2 l o a dr e g u l a t i o nl m a i o 灯工作 ( b ) 启动( 预热) 点火- 灯工作掉电一 待机一 灯工作 闷：】i _ lh避溅漤 i - 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