【毕业学位论文】Buck DCDC变换器芯片的研究与设计-微电子学与固体电子学

西安电子科技大学硕士学位论文C/春鹏申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：朱樟明20090101摘要电源是电子设备的重要组成部分，其性能的优劣直接影响着电子设备的稳定性和可靠性。随着电子技术的发展，电子设备的种类越来越多，其对电源的要求也更加灵活多样。C整方便、可靠性高等优点，在降压式场合一直得到广泛的应用。本文设计的是一款电流型C芯片工作频率固定为380部集成功率开关管，输入电压范围475V23V，输出电压在O92V23具有欠压、过流、过热等保护功能，配以简单的外围电路就可以构成完整、可靠的C中分析和阐述了C该变换器芯片各功能模块，如基准电压电路、过热保护电路、误差放大电路、电压比较电路、锯齿波振荡发生电路、自举驱动电路、欠压保护电路、电流检测电路等进行了设计并给出了仿真验证结果。最后通过对变换器芯片应用电路的证了设计方案和理论分析的可行性和正确性，所设计的C键词： C流控制模式脉冲宽度调制 is of of of of of O of CDC is in WM CDC aS in he a in a 80of 7592V23V,as of he an a Ca of he CDC t is as ll of by of of of he an ey CDC 人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。本人签名：导师签名： 日期第一章绪论第一章绪论11开关电源概述电源是各种电子设备必不可少的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设各的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源，其稳压性能好，输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离，并且调整管的功率损耗较大，导致电源的体积和重量大、效率低。在便携式电器日益增多的今日，线性电源的应用越来越受到限制。开关电源誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品。开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达70比普通线性稳压电源效率提高近一倍。开关电源亦称无工频变压器的电源，它是利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离的，不仅能去掉笨重的工频变压器，还可以采用体积较小的滤波元件和散热器，这就为研究与开发高效率、高密度、高可靠性、体积小、重量轻的开关电源奠定了基础11。12开关电源的发展趋势开关电源已有几十年的发展历史。早期产品的开关频率很低，成本昂贵，仅用于卫星电源等少数领域。20世纪60年代出现过晶闸管(旧称可控硅)相位控制式开关电源，70年代由分立元件制成的各种开关电源，均因效率不够高、开关频率低、电路复杂、调试困难等原因而难于推广，使之应用受到限制。70年代后期以来，随着集成电路设计与制造技术的进步，各种开关电源专用芯片大量问世，这种新型节能电源才重获发展【l】。电源的集成化，使得它被广泛应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域中。随着半导体技术和微电子技术的不断发展，集成度高、功能强大的大规模集成电路的不断出现，使电子设备的体积在不断的缩小，重量在不断的减轻，与之相比，电源要笨重的多。在现代电子产品中，电源体积要比微处理器大几十倍，如何减小开关电源的体积，面临着新的挑战，提高频率也是开关电源要面临的问题。理论分析和实践经验表明，电器产品的体积、重量随供电频率的平方根成反比的减少，所以当把频率从50高400倍，用电设备的体2 C量大体上降至工频设计的51012】。但是，频率提高以后，对整个电路中的元器件又将有新的要求，因此高频工作下的有关电路元器件也有待于进一步的研究。国外开发开关电源芯片的厂商很多，主要有国际整流器(美信(意法半导体(德州仪器(美国电源集成公司(，他们的产品都已经非常成熟，能够提供高质量、全系列的开关电源芯片，包括升压、降压、升降压，固定、可调输出，不同负载能力的芯片。我国的开关稳压电源研制工作开始于60年代初期，到60年代中期进入实用阶段，70年代初期开始研制无工频降压变压器开关稳压电源。1974年研制成功了工作频率为10出电压为510多年来，我国的许多研究所、工厂及高等院校己研制出多种型号的工作频率在20出功率在1000应用于电子计算机、通信、电视等方面，取得了较好的效果。工作频率为100-2000年代初期就已试制成功，而且正在走向实用阶段和再进一步提高工作频率【31。目前，我国已成为全球增长潜力最大的电子产品消费大国：全球最大的移动电话市场、第三大来五年还将成为全球第二大半导体市场。2004年无线多媒体通信与计算机市场的迅猛发展为全球半导体市场增长做出了主要贡献，同时也为全球电源以及电源管理芯片市场的发展注入了一股强劲的增长动力。电源供应和电源管理备的供电系统，与其在数量上有着l：1的关系。国内开关电源自主研发及生产厂家有300多家，形成规模的有十多家。国产开关电源已占据了相当市场，并有少量开始出口。然而，国内电源整机厂家所用的电源管理芯片均由国外公司提供。这些芯片厂商普遍能够提供令国内厂家满意的电源管理芯片，但是，由于没有国内厂家参与竞争，他们的报价几乎都在其成本的四倍左右。这样，不但使电源整机的成本居高不下，大部分利润被国外厂商剥夺，而且技术上受制于人，很难实现大的突破。所以，开发具有自主知识产权的电源管理芯片已是形势所迫。随着电子产品轻、薄、小的发展趋势，要求电子元件体积更小，耗能更低。开关电源作为电子设备中不可或缺的组成部分也在不断的改进。高效率、高可靠、低功耗、低噪声、抗干扰和模块化，成了开关电源的发展方向【4】。(1)高效率：为了使开关电源轻、小、薄，高频化(开关频率达兆赫级)是必然发展趋势。而高频化又必然使传统的硬开关)功耗加大，效率降低，噪声也提高了，达不到高频、高效的预期效益，因此实现零电压导通、零电流关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。采用软开关技术可使效率达到8588。第一章绪论(2)高可靠：开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍，因此降低了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。追求寿命的延长要从设计方面着眼，而不是从使用方面着想。美国一公司通过降低温度、减少器件的电应力、降低运行电流等措施使其品的均无故障时间)高达100万小时以上。(3)模块化：无论是特点是：可以用模块电源组成分布式电源系统；可以设计成N+1冗余电源系统，从而提高可行性；可以做成插入式，实现热更换，从而在运行中出现故障时能高速更换模块插件；多台模块并联可实现大功率电源系统。此外，还可以在电源系统建成后，根据发展需要不断扩充容量。(4)低噪声：开关电源的又一缺点是噪声大，单纯追求高频化，噪声也随之增大，采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以高频化，又可以低噪声。但谐振转换技术也有其难点，如很难准确地控制开关频率、谐振时增大了器件负荷、场效应管的寄生电容易引起短路损耗、元件热应力转向开关管等问题难以解决。(5)抗电磁干扰(当开关电源在高频下开关时，其噪声通过电源线产生对其它电子设备的干扰，世界各国已有抗美国的国的究开发抗3本论文研究的内容及章节安排本论文结合公司项目和当今电源管理的发展趋势，设计了一款大电流降压型开关电源。该芯片设定为380故障情况下频率变为240低了功耗且最大程度地延长了便携式应用中电池的使用寿命。该芯片还包括使能控制、软启动控制、过热保护和电流限制等辅助功能。本文的主要工作是先，从电源管理的基本理论出发，了解次，利用自己的电路知识设计出子电路模块；最后，利用电路达到系统的设计要求。本文主要由下面几个部分组成：第一章：绪论，简单介绍了电源管理二章：开关电源系统的拓扑结构和特点，并详细阐述了三章：芯片子电路模块的设计实现，主要是对内部调节电路、带隙基准电压源电路、振荡器电路、误差放大器电路、比较器电路等的设计与仿真。4 C芯片应用电路进行仿真验证。最后是结束语，致谢和参考文献。第二章电路一般包括输入电源、功率开关管、整流管及滤波电感、电容和负载，它们共同完成电能的转换：控制电路通过控制功率开关管的导通与关断，稳定输出电压在恒定的值。按照输入输出电压的关系，1I 所示。功率的导通与关断由控制电路决定；工和为负载电阻。开关管截止时，二极管可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。图21 电感电流不连续模式(图22为两种工作模式的电路波形。其中中1点的电压，屯是流过电感的电流，玩是电感两端的电压，电流。(1)(a)所示。控制电路输出信号使开关管所导通时(图中实线所示)，滤波电感此储能也逐渐增大，电容器略波电感两端电压应为矗一圪=姜 (21)“由此可以得出6 CVo)持不变，可以得到 t：毕H。式中。V(22)(23)(a)b) 过电感图中导通状态结束时，即t=中的电流达到最大值，即三 (24)_控制电路使开关管关断时(如图中虚线所示)，电感两端产生的感应电压使二极管导通，电感工中贮存的能量通过续流二极管传输到负载。忽略续流二极管的导通压降，电感两端电压应为圪=“罢(2此可以得到厶=一2输出电压圪保持不变，则有t=一孚f+一 (2中儿嗽为开关管关断前流过电感的电流。第二章t=感中的电流下降到最小值，即孚o+，2该式带入电感电流最大值表示式(24)，经适当调整后，可以得到圪=矗 (2210)式中，(+岛曲为开关管导通时间与控制信号周期之比，通常称为控制信号的占空比；D2=+为关断占空比。此时，所以10)表示。(2)当电感工较小，负载电阻较大，或周期较大时，将出现电感电流下降到0，新的工作周期却尚未开始的情况，当新的周期来到时，电感电流从0开始，线性增加，如图22(b)所示。这种工作方式称为电感电流不连续的模式，即时2L (2式(28)和式(212)，可得在临界状态有知=三R=L(2式中尺为输出电阻，疋为开关周期。满足式(214)的电感值称为临界电感，以三k=圭等 仁上式中石为开关频率。由式(2得：当值固定时，若统由当R、，且在该电路中，输入电压巧和输出电压圪的极性相反，所以又称反相型14 出电压极性也与输入电压相反。图25为开关管坪导通时，输入电流使得厶储能，给负载供电，流过开关管听的电流为输入、输出电流之和。当开关断开后，电源输入和时2的储能流向负载以维持输出电压。流过二极管的电流也为输入、输出电流之和。C25 一鲁K (2过这种电路输入输出都有电感，从而显著地减d,】。与前面几种类型相比，入电感，此外，还增加了一个电容来传输能量，这是与前面几种最大的不同。22开关电源的控制方式按照控制机制不同，混合控制方式三种机制。按照控制电学参数的不同，可分为电压控制模式和电流控制模式。冲宽度调制)是使开关频率固定，只改变导通时间的控制方法；冲频率调制)是使导通时间保持一定，改变开关频率的控制方法：混合控制方式是采用时改变导通时间和开关周期的控制方法。221 占空比)来改变输出电压的，这种控制方式通常称为脉冲宽度调制(产生脉冲宽度调制信号的器件通常称为分立元件制作的路特别复杂，应用很不方便。随着微电子技术的发展，各种各样的得且还简化了控制电路又分为两种：电压控制方式和电流控制方式。电压控制方式仅利用输出电压作为反馈控制信号，系统中只存在一个电压反馈环路；电流控制方式指同时采用电流和负载电压作为反馈控制信号，其中电感电流或负载电流反馈构成内环控制，负载电压反馈构成外环控制，实现双环控制。2211电压型所示，由误差放大器、C然后加到误差放大器一个输入端，与一个基准电压比较。误差放大器的输出电压加到发器输出的脉冲信号驱动功率开关管。变换器的输出电压改变时，触发器输出脉冲的宽度改变，从而稳定变换器的输出电压。上Lrr输出_J j 电压模式此其分析和设计比较容易。在脉冲调制过程中，误差电压和幅值较高的斜坡电压比较，输出的脉冲调制信号不受噪声电压的影响，因此调制过程很稳定。在这种变换器中，当电源输入电压或负载变化引起输出电压变化时，该变换12 C后通过电压反馈回路调整能稳定输出电压，因此响应速度较慢。电压型制过程中电源电路内的电流值没有参与进去。而开关电源的输出电流是要流经电感的，故对于电压信号有90。的相位延迟。然而对于稳压电源来说，应当考虑电流的大小，以适应输出电压的变化和负载的需求，从而达到稳定输出电压的目的，因此仅用输出电压采样的方法，其响应速度慢，稳定性差，甚至在大信号变化时，会产生振荡，造成功率管损坏等故障。2212电流型所示，该电路与电压型路中既有电压反馈回路，也具有电流反馈回路。输出电压通过反馈回路产生的与基准电压之差经误差放大器放大后，输出的误差信号圪与电流取样电阻两端的取样电压以都加到较器输出的发器输出脉冲驱动功率开关管。变换器输出电压改变时，通过电压和电流反馈回路，可以迅速调整输出电压，负载动态响应速度快。在这种变换器中，当通过开关管的电流达到一定数值后，而可实现逐周限流【5】。rrr图27电流模式两种技术检测并反馈的是一个导通周期内电流变化的峰值和平均值。峰值电流型除了输出滤波电感在系统传递函数中产生的极点，使系统传递函数由二阶降为一阶，解决了系统有条件的环路稳定性问题；具有良好的线性调整率和快的动态响应；固有的逐个开关周期的峰值电流限制，简化了过载保护和短路保护；多个电源模块并联时容易实现均流。其缺点是：不能准确地控制电感的平均电流，回路的增益对市电电网电压变化敏感，开关噪声容易造成开关管的误动作(即抗干扰性差)等。更为重要的是，对于最常用的占空比大于50时，电流环不能稳定，并导致开关频率降低，电流、电压的纹波增大。这时需要外加周期性的斜坡函数来补偿，以使系统稳定。平均电流控制与峰值电流控制相比，它是直接控制电感电流的平均值，抗干扰性能好、系统的稳定性也好。但电感电流的检测比较复杂，或者是检测元件的损耗较大【7】。电流型要表现在以下几个方面【7】：(1)电压调整率非常好，可与线性稳压电源相媲美。这是因为输入电压变化可以立即反映为电感电流的变化，它不经过任何误差放大器就能在脉冲比较器中改变输出脉冲宽度，实质上起到了前馈控制作用，即输入电压变化尚未导致输出电压变化时， 就由电流内环产生调节作用。而在电压控制模式中，检测电路对输入电压的变化没有直接的反映， 需要输出电压发生一定变化后，才能对脉冲宽度进行调节，通常需要510个工频周期之后才能响应输入电压的变化。因此，电压控制而电流模式2)回路稳定性好，负载响应快。因为电感中电流脉冲的幅值与输出电流的平均值成正比，所以电感的延迟作用没有了。(3)固有的逐个脉冲幅值检测及限流，简化了过载保护和短路，大大提高了工作可靠性。由于内环采用了直接的电感电流峰值检测技术，可以及时、灵敏和准确地检测输出或变压器或开关管中的瞬态电流值，形成逐个脉冲检测电路，从而在电路导致过载或短路时保护开关管和变压器。(4)降低高频功率开关变换电路的功率损耗，提高开关电源的效率。由于功率开关管在开通和关断时有定的功率损耗，但对电流控制型来说，因内环电流参加控制，使其较电压控制型这种单环控制更快速、准确。(5)具有良好的并联运行能力。由于电流控制型的内环如同一个良好的受控电流放大器，所以使采用电流控制型的变换器可方便地并联工作，而不需其它均流措施。因此，本论文采用峰值电流型4 C2 所示，它是保持功率开关管的导通时间一定，改变其关断时间来稳定输出电压。当负载变化使输出电压下降，变化的输出电压通过误差比较器使得功率开关管的关断时间减小，输出电压因此而上升，补偿下降部分；反之，由于负载变化而使输出电压上升时，则功率开关管关断时间变长，使输出电压下降以补偿其上升部分。主要优点是静态功耗很小，在轻负载时的输入电流比点是不够稳定，电流波形中有阶梯状跳跃，且没有限流功能。厂厂 厂 r图28 3混合控制方式混合控制方式的波形如图29所示，变换器的工作模式根据负载来自动选择控制方式。在重负载情况下，采用轻负载情况下，采用合控制方式可以利用显提高了变换器电路的转换效率，越来越多的被应用到开关电源的控制电路的设计中。n 厂 r 广厂图29混合控制方式波形图23 C19C1)电学性能设计指标如表21所示，如果没有特殊说明，测试条件均为输入电压12V，常温T=25C。第二章芯片的电学参数指标参数 符号 测试条件 位反馈电压 475V=23V 0892 0920 0948 O1 8 N)2 10 =V 0 10 8 34 95 吣00 N C=1050 830 1150 380 砸=0V 240 珊 七8V 90 008 11 14 V 10 30 250 270 4V 23 36 V 11 13 肌60 所设计的变换器芯片电路的内部功能框图如图210所示，主要包括以下模块i(1)内部调节电路实现具有使能控制的36其他电路提供工作电压；(2)具有变频功能的振荡器电路，产生时钟控制信号和斜坡信号；(3)电流检测放大器，用来检测开关管电流；(4)来产生5)高精度误差放大器，用来放大基准电压和反馈电压之间的差值；(6)输出122电路提供多个电压基准：(7)斜坡补偿电路，为电路提供斜坡补偿：(8)各种比较器电路、驱动电路、软启动电路和逻辑控制电路。其功能描述如下：电路随时检测输出电压值，将该电压值经分压电路采样后加到误差放大器的反相输入端。而期望的电压值由基准电压产生，输入到该运算放大器的同相输入端，基准电压和输出电压取样通过差分放大后产生控制信号16 ，该控制信号与电感电流的采样信号通过入到过周期开始时，功率开关管2导通。如果么380输出使1导通，流检测放大电路检测电感电流的变化值并将其放大，其输出加上斜波补偿信号与误差放大器的输出通过较器进行比较放大。当两者之和大于圪一时，到最初的状态：2导通。如果电流检测放大电路的输出与斜波补偿的和小于么在时钟下降沿将复位触发器。图210 C差放大器、振荡器、比较器、功率开关管、以及部分逻辑电路构成；为了增加芯片工作的稳定性和可靠性，还加入了短路保护、过热保护、过流保护、欠压检测等辅助功能，本章将对这些模块进行分析。31带隙基准电压源电路和过热保护电路带隙基准电压源电路可以产生对温度和电源电压不敏感的电压值，进而可以为其它电路提供偏置电压；过热保护电路用于检测芯片内部温度是否过高，可以在温度过高时，关断电路工作，从而保护芯片以免被烧坏。311带隙基准电压源的原理3111负温度系数电压双极性晶体管的基极一发射极电压，具有负温度系数。对于一个双极性晶体管，可以写出如=Is r)，其中巧=kTq，饱和电流研，其中芦为少数载流子迁移率，为硅的本征载流子浓度。这些参数与温度的关系可以表示为芘丁“，其中掰，并且砰3 E,(，其中112硅的带隙能量。所以Is=31)其中，据=巧厶)，可以计算基极一发射极电压的温度系数。为了简化分析，假设尼保持不变。这样就有监：盟111生一堡亟 (32)矾a】?l s i s 由式(31)可得，而+，z)Pm (34+聊)竖+集巧s ， 2 2)和式(3可以得到 盟生：堡+m) 1。 、 7 F 七丁2。 丁从式(35)可以看出，本身有关【引。31I2正温度系数电压(3_4)(35)在1964年人们认识到，如果两个双极型晶体管工作在不相等的电流密度下，那么它们的基极一发射极电压的差值就与绝对温度成比例【8】。如图31所示，如果两个同样的晶体管(尽置的集电极电流分别为no和么=巧1(3样訾：l(331正温度系数电压产生电路3112带隙基准电压源电路利用上面的正负温度系数的电压，可以设计出具有零温度系数的电压。常温下o086朋aE2加果取=+口，其中口=20086233，就可以得到在一定温度范围内的零温度系数的电压。带隙基准模块由与绝对温度成正比(电流产生电路和带隙基准产生第三章子电路模块的设计与仿真 19电路组成。其等效电路如图32所示的两管带隙基准源电路【91，其中2、4、3和，得到的，3设流过么带隙基准电压为 +半+警(3么所需的输出基准电压为2砉=惫(，+竺鼍坐)=惫(，+塑篆坐 ，合理设置可以得到零温度系数的带隙基准电压。图32带隙基准电路等效结构图312过热保护电路的原理产生热量，使芯片温度升高；当功率管集成在芯片内部时，温度会升得更高，这样芯片就有可能因为高温而烧坏，所以芯片需要温度保护电路。过热保护电路的设计思想是利用双极型晶体管基极一射极电压温度超过设定值时，保护电路起作用，将功率管关断，直至温度下降到安全区。图33所示就是一个简单的温度检测电路【101。是一个不随温度变化的基准C用电阻分压，芯片正常工作下，温度逐渐上升至保护温度时，下拉到“0”，通过控制逻辑将功率管关断，使芯片内部温度不再继续上升，达到保护的目的。13电路结构温度检测电路本文所设计的变换器内部需要一个对温度和电源电压都不敏感的稳压源，可以为其它电路如误差放大器、比较器、振荡器等提供高精度的基准电压，还需要一个可以检测芯片温度的过热保护电路。文中采用的基准电路和过热保护电路如图34所示，基准电压电路主要在左半部分，右半部分为过热保护电路。一带隙基准电压源电路和过热保护电路3131基准电压电路基准电压电路主要包括启动电路、基准产生电路和输出缓冲级：第三章子电路模块的设计与仿真 21(1)启动电路：18、14构成启动电路，18先导通给19导通，19、置电流源13、整个电路进入正常工作状态。一旦电路进入正常工作，19的射极电位变高，而基极电位基本不变，动电路关闭。(2)两管带隙基准电路：14、16、12、7、9、14、为17的有源负载。出且外接电容实现整个芯片的软启动。8、10构成射极偏置电路，在较低温度时，较高温度时，当温度上升时，13的导通会阻止这种趋势，起到负反馈的作用，然而在高温区由于过么基准电压就等于=。6+311)应用3112节的结果，得到：珞。+16+华(足+=。+。+竿2+蜀。) (312)以可以通过控制有效发射结面积之比和电阻比(忍+R。)马来获得接近零的温度系数。本设计中，根据模型参数Eo=o68V，为了得到122n=8，kTq=0026V，低温下取0，则由式(3(R+蜀。)马5。较高温时，着温度升高而变大，所以绦么在高温区就会存在另一个零温漂点。(3)输出缓冲电路：20、24、24接成二极管连接形式，构成单位增益负反馈电路，以稳定输出。其主要作用是实现吣，以及基准电路和后级电路的隔离和提供较大的输出驱动能力。基准电压电路的输出现蹴随电源电压和温度的变化仿真波形如图35和图36所示。图35所示是在常温下的仿真波形，从图可以看出电源电压从32准的变化约为基准电压对电源电压巩：鳖监：堑122208-122094：o42(3可，珂122 432。Cp I 帅衄瞎)图35基准电压随电源电压变化的仿真波形图36基准电压随温度的变化的仿真波形图36为基准电压随温度的变化曲线，工作电压为36V，温度从20基准电压变化约为6且在常温和高温100左右各有一个零温漂点。魄黜的温度系数为 乃()=岛=端瑙14)由式(314)可知，基准电压还是比较稳定的。广图37基准电压的上电启动仿真波形图37为基准电压在启动电路作用下的上电启动仿真波形。由于基准电路的稳定状态为零点和基准电压点，所以需要启动电路，把稳定状态维持在基准电压点，从波形可知设计的基准电路可以正常启动。图38和图39是启动)端的基准电压随电源电压和温度的仿真波形，：。雏嘶俄孤。籼一t，第三章子电路模块的设计与仿真是由基准的电阻分压得到的，其对电源电压的灵敏度和温度系数分别为018和205C。图38 计的带隙基准电压源电路满足低电源电压调整率和低温漂的应用要求。3132过热保护电路如图34的右半部分就是本文所采用的过热保护电路，由21、16、14、16、18、4、中基极电位由2I、16、以通过调节过调节 ：图310过热保护电路仿真波形53525lO，三：2，灿。名!4 C，0所示为过热保护电路的仿真波形，本文设计的关断温度为160，即芯片温度高于160出断芯片：当芯片降温到141以下时，片恢复正常工作，迟滞温度为19。32内部调节电路内部调节电路是将外部的高压输入电源转换成适应于内部电路工作的低压电源。由于芯片中既有模拟电路又有逻辑电路，且两者对电源的要求有所不同，为了避免干扰，本文中的模拟电路和逻辑电路分别采用不同的供电电源。321模拟电源电路图311模拟电源电路本文采用的模拟电源电路，其最大的特点就是采用流降压【111。电路结构如图311所示，断电压为V。正常工作电压范围内时，5、1、1构成启动电路，正常工作时6、Ql、一级偏置电流源工作。极电压约为068V。毪起负反馈、稳定电流的作用。当工作电压即蹦端的电压超过正常工作电压范围时，也就是1的基极电压降低，置电流源不能工作，导致整个电路不能工作。7、4、2构成关断比较器。当44导通8、时由9、3、I、6构成的二管带隙基准源工作，其原理如31节所述。当43导通而7、9构成的二级恒流源不能建立起来，基准源不工作，无法为整个芯片电路供电即处于待机模式。图312 2是变化曲线，在的正常输入范围内时，以把高的输入电压稳定在一个比较低的值，这样就可以避免采用过多功率管而浪费芯片面积。，咝2 33，跏图313模拟电源的直流仿真波形c)图314模拟电源的温度仿真波形C5模拟电源随3、314、315都是模拟电源的输出仿真曲线。从图313可以看出，在正常工作情况下，即拟电源的输出08V：从图314可以看出，在一20120的温度范围内，输出C。从图315可以看出，出不能建立，出正常，起到了使能控制的作用。322逻辑电源电路图316逻辑电源电路本论文设计的逻辑电源电压为5V，电路如图316所示。魄娥为一定值(122V)，限流作用，避免产生过大的功耗。由于以2、路工作时，1、19组成低阻值通路，2组成的电流源工作，出电压20、19、输入电压有所上升时，流过出27管的基极电压也有上升趋势，流过28管的基极电流就减小，引起输出电压到了负反馈的作用。当第三章子电路模块的设计与仿真温度上升时，么由于以由于减小使果牵制了集电极电流的增加，起到了负反馈的作用，输入级强制，那么输出就近似等于=t+刳 句图3 17逻辑电源的直流仿真波形图3 18逻辑电源的温度仿真波形逻辑电源的仿真曲线如圈317、318所示，正常工作情况下输