多模式、多输出电源管理芯片的研究与设计

浙江大学电气工程学院博士学位论文便携式电子设备用高效率、多模式、多输出电源管理芯片的研究与设计姓名：陈东坡申请学位级别：博士专业：电路与系统指导教师：严晓浪;何乐年20080401便携式电子设备用高效率、多模式、多输出电源管理芯片的研究与设计作者：陈东坡学位授予单位：浙江大学电气工程学院相似文献(4条)1.学位论文韩世明高效率双端输出电荷泵的研究与设计2008随着便携式电子设备的流行，各种各样功耗电子器件的集成度越来越高，相应的电源管理系统也需要同步地改进。目前，电源管理系统设计者在面对由电池供电的移动设备的应用时，面临的最大挑战就是如何满足其低成本、小体积、高电能转换效率、快速响应和多通路电压输出等性能的要求。针对这样的研究背景，本论文提出了一种新颖的高效率双端稳压输出电荷泵芯片。它是一种开关电容型直流直流电压变换器，仅采用片外电容作为储能元件，代替普通开关电源中体积较大的电感，因此具有体积小、低成本和低电磁干扰的优点。在2．1V～3．6V的输入电压范围内，该电荷泵能同时产生一路5．0V的升压稳压输出和一路1．8V的降压稳压输出，可以为电子设备中的模拟电路、数字电路和混合信号电路等供电；由于采用创新的共享开关电容阵列拓扑作为功率级，片上集成的MOSFET功率开关和片外的电容能同时为两路输出提供电能，大大降低了芯片面积和片外器件的数量。本论文对现有电荷泵的拓扑、控制策略和分析方法进行了广泛的调研，在此基础上推导出了一种准确的双端输出电荷泵理论模型，并通过电路仿真结果验证，此模型的相对误差低于0．5％。在此理论模型的指导下，本论文创新地提出了自动增益跳变控制策略，有效地将低增益的高效率特性和高增益的电压提升特性结合在一起，使本电荷泵具有高效率和快速响应的优点。同时，该电荷泵采用新颖的数字状态机控制器作为核心控制电路，很好地实现了两路稳压输出，提高了总的电流负载能力，并使本电荷泵具有更多稳压输出通路的扩展能力。本芯片采用TSMC0．35umCMOS工艺设计并完成制造，芯片面积为2．75mmx2．25mm。测试结果表明，该电荷泵能实现5．0V和1．8V的同步稳压输出，动态响应快速，符合设计要求；在增益跳变模式下，该电荷泵的电能转换效率较传统电荷泵提升最大达到20％，平均约为10％，达到设计预期。2.学位论文张文涛微小型燃料电池混合电源能量管理策略研究2008作为新兴的清洁电能源，燃料电池具有能量密度高、转换效率高和环境友好等优点，具有广阔的应用前景。近年来，以微小型燃料电池和辅助电源组成的混合电源作为移动电子设备电源成为研究热点。结合课题需求，本论文主要对微小型燃料电池的能量管理问题展开研究。本文以微小型直接甲醇燃料电池(DirectMethanolFuelCell，DMFC)和锂离子电池组成的混合电源为研究对象，分别从被动式管理、半被动式管理和主动式管理三种管理策略进行研究。通过电压钳制功率的控制方法，以电压为控制对象，从充电储能和混合放电两种状态分析和调节DMFC和锂离子电池的功率配合关系。被动式管理系统中DMFC和锂离子电池直接并联组成混合电源，根据锂离子电池充电特性和电压钳制放电功率的方法，在设计过程中确定主辅电源的能量流向和功率分配关系。以MSP430单片机为控制器搭建了混合电源的管理系统，采集主辅电源的电压和电流等参数，维持混合电源按照设计的配合关系工作。通过不同幅值方波形模拟负载的驱动实验结果表明，系统内能量流向和功率分配关系与设计相符。半被动式管理系统以被动式管理策略为基础，在主辅电源之间引入开关控制环节，实现了平均负载下DMFC的单独供电，减少了主辅电源间不必要的能量流动，提高了系统的效率。以MSP430单片机为控制器搭建了用于手机供电的DMFC混合电源系统，通过液晶模块和RS232串口将各工作参数显示并上传到上位机。通过不同幅值方波形模拟负载的驱动实验结果表明，系统内的功率配合关系与设计相符。主动式管理系统中，用MSP430单片机、DC/DC模块和数字电位器等组成主动控制电路，设计了相应的能量管理策略，实现了主辅电源工作过程中功率配合关系的主动控制。搭建了主动式DMFC混合电源管理系统，并通过恒定负载和变化负载的模拟实验验证了方案和策略的可行性。3.期刊论文FrankOwen袖珍通信/PDA设备电源管理系统的PPTC电路保护-电子产品世界2001(23)电路保护是保证由电池供电的便携式电子设备安全性和可靠性的一个重要部分.由于日益复杂的系统以及大量附件的应用,如何确保在错误连接或短路时不会导致昂贵设备的受损变得越来越重要.本文着重介绍Raychem电路保护部的PolySwitchPPTC(聚合物正温度系数)元件在电源管理中提供电流过载和温度过载保护过程.文中并详细介绍了电源适配器、CLA(点烟器)、无线电话设备的保护装置是如何改善实际使用中的总体可靠性的.4.学位论文杜晓书电源管理集成电路高精度抗干扰性设计研究2009在过去十几年中，全球电子产业发展迅猛。电源管理技术被广泛地应用到许多领域中。电源管理集成电路以其体积小、效率高等优点，被大量应用在电力电子设备及系统中。这使得电源管理集成电路的研发成为当前众多公司和厂商的热点研究开发方向。与此同时，复杂多变的应用条件、全球范围的可持续发展趋势等诸多因素，使人们对电源管理集成电路的要求越来越高。是否能够提供精确、稳定、抗扰、节能、安全、高效的电源管理系统，成为了设计的重点与难点。其中，电源管理集成电路的精度及全方位高效抗干扰性能设计具有很高的理论意义和应用价值。本文首先分析了当前电源管理集成电路的研究状况。在对传统的电源管理芯片认真分析总结的基础上，选择基准源和振荡器这两个关键模块作为主要研究对象。针对提高电源管理芯片精度和抗电磁干扰性能，结合降低电源待机功耗问题，设计了两款电路：一款为高精度CMOS带隙基准电压源电路。该电路能够为开关电源芯片提供高精度高稳定的基准电压，设计电压值为1.25V。仿真结果表明，该电路输出基准电压的绝对误差低于3.1mV，温度系数（—40℃～150℃）为15.6ppm/℃，电源抑制比（PSRR，PowerSupplyRejectionRatio）为61dB，且功耗较低。是一款高精度、低温度系数、高电源抑制的基准源。另一款为采用频率抖动技术的RC振荡器电路。该电路可用于降低开关电源芯片电磁干扰幅值。振荡器中心频率为44.6KHz，在一个周期（8ms）内实现围绕中心频率抖动，幅值为1.6KHz。两款电路均采用simoMOS1μm40VBiCMOS工艺库设计，并经过了Hspice（Synopsys公司的线路仿真工具）仿真验证。本文最后给出了一个以上述两款电路为核心的PWM（PulseWidthModulation脉冲宽度调制）开关电源芯片实例。该实例是一款8引脚峰值电流型PWM控制器芯片，在85V～265V的AC输入范围内，可以提供恒定的直流输出，适用于离线式AC—DC反激拓扑的中小功率电源模块。可广泛用于各种便携式电子设备中。本文链接：下载时间：2010年1月21日