高压大电流线性稳压器的设计与实现
发布时间：2021-05-17 07:30
随着集成电路的快速发展,电源管理芯片的设计与研究越来越受到重视。线性稳压器作为电源管理芯片重要的一部分,虽然具有许多优点,然而由于输入电压范围较窄,部分应用受到限制,当电源电压高于5V时,大多数具有典型输入电压范围的线性稳压器将会崩溃。除此之外,传统线性稳压器的输出电流非常小,而高性能FPGA,微处理器或敏感通信电源需要大电流的线性稳压器。在这种背景之下,本文设计了一款高压大电流的线性稳压器,电压范围为5.5V80V,负载电流为2A。为了降低线性稳压器的功耗,加入预稳压的电路模块,将输入的高压转换为低压,供带隙基准源等低压模块使用,避免使用高压功率管产生的大功耗。带隙基准源模块的运放通过零极点相消进行频率补偿,线性稳压器的误差放大器模块采用的是Miller补偿,这样降低ESR零点要求,可以生成内部零点,从而提高带隙基准源和误差放大器输出端稳定性。在线性稳压器的内部利用电阻与前馈电容结合的补偿方式,该方法与Miller补偿的区别在于会产生两个零点一个极点用于补偿调整管PMOS控制模块。此外,芯片温度很高的话,会导致芯片快速老化甚至会使芯片永久性损坏。在设计线性稳压器...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 线性稳压器背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 本章小结
第二章 线性稳压器基本原理及频率补偿
2.1 线性稳压器基本原理
2.2 线性稳压器关键参数和性能指标
2.2.1 漏失电压(Dropout Voltage)
2.2.2 静态电流(Quiescent Current)
2.2.3 效率(Efficiency)
2.2.4 瞬态响应(Transient Response)
2.2.5 线性调整率(Line Regulation)
2.2.6 负载调整率(Load Regulation)
2.2.7 电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio)
2.2.8 噪声(Noise)
2.2.9 精度(Accuracy)
2.3 线性稳压器稳定性研究
2.3.1 负反馈系统稳定性
2.3.2 未补偿线性稳压器交流小信号分析
2.4 传统ESR补偿
2.5 Miller补偿
2.6 插入缓冲级补偿
2.6.1 传统缓冲器
2.6.2 ECM缓冲器
2.6.3 自适应偏置ECM缓冲器
2.7 调整管PMOS模块频率补偿
2.8 本章小结
第三章 高压大电流线性稳压器设计
3.1 高压大电流线性稳压器整体设计
3.2 调整管宽长比确定
3.3 预稳压电路设计
3.4 带隙基准源设计
3.4.1 带隙电压基准源基本原理
3.4.2 负温度系数电压VBE
3.4.3 正温度系数电压ΔVBE
3.4.4 实现零温度系数基准电压
3.4.5 本文带隙基准源核心原理
3.4.6 启动电路设计
3.4.7 运算放大器设计与频率补偿
3.4.8 带隙基准源整体电路实现
3.5 线性稳压器误差放大器设计
3.6 线性稳压器保护电路设计
3.6.1 过温保护电路设计
3.6.2 软启动电路设计
3.6.3 过流保护电路设计
3.7 本章小结
第四章 线性稳压器仿真与分析
4.1 预稳压电路tt工艺角仿真
4.2 带隙基准源tt工艺角仿真
4.2.1 带隙基准源仿真结果
4.2.2 带隙基准源仿真结果总结
4.3 线性稳压器整体tt工艺角仿真
4.3.1 线性稳压器仿真结果
4.3.2 线性稳压器仿真结果总结
4.4 线性稳压器整体工艺角仿真
4.4.1 工艺角仿真
4.4.2 工艺角仿真总结
4.5 本章小结
第五章 线性稳压器版图设计与后仿
5.1 版图设计
5.1.1 版图设计流程
5.1.2 版图设计规则
5.1.3 版图设计方法
5.2 带隙基准源模块版图设计
5.3 误差放大器模块版图设计
5.4 整体版图设计
5.5 后仿真
5.5.1 后仿真结果
5.5.2 前后仿结果对比
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]低功耗自适应偏置无片外电容低压差稳压器[J]. 刘云超,陈敏,刘云涛,肖璟博,张成彬,陈杰. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(10)
[2]一种用于光电标签的高电源抑制比的低压差线性稳压器设计[J]. 秦国轩,靳萌萌,毛陆虹. 南开大学学报(自然科学版). 2018(01)
[3]一种适用于LDO的新型斜坡软启动电路[J]. 黄国城,尹韬,许晓冬,朱渊明,张亚朝,杨海钢. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(01)
[4]基于频率补偿和瞬态响应改善电路的低压差线性稳压器设计[J]. 王欢,晋春,张贞凯. 机电信息. 2016(24)
[5]一种加入动态补偿电路的快速响应LDO设计[J]. 周朝阳,冯全源. 半导体技术. 2015(10)
[6]一种大电流LDO稳压器的设计[J]. 杨燕,赵健雄,陈祝. 微电子学. 2016(02)
[7]大电流,微功耗,小体积单片LDO的设计与实现[J]. 彭晓宏,朱治鼎,侯立刚,汪金辉,吴武臣. 现代电子技术. 2013(13)
[8]一种低功耗宽频带LDO线性稳压电路设计[J]. 潘希武,邹静,蒋师,周一川,杨辉,杨维明. 中国集成电路. 2011(06)
[9]一种预稳压的高压线性稳压器的设计[J]. 董双兵,戴宇杰,张小兴,吕英杰. 南开大学学报(自然科学版). 2010(06)
[10]一种高增益低功耗的CMOS低噪声放大器[J]. 康劲,孙玲玲,文进才,赵明付,章少杰. 电子器件. 2010(01)
硕士论文
[1]基于BCD工艺的输出可调型LDO线性稳压器电路设计[D]. 勇玉琳.黑龙江大学 2018
本文编号：3191362
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 线性稳压器背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文主要工作
1.4 本章小结
第二章 线性稳压器基本原理及频率补偿
2.1 线性稳压器基本原理
2.2 线性稳压器关键参数和性能指标
2.2.1 漏失电压(Dropout Voltage)
2.2.2 静态电流(Quiescent Current)
2.2.3 效率(Efficiency)
2.2.4 瞬态响应(Transient Response)
2.2.5 线性调整率(Line Regulation)
2.2.6 负载调整率(Load Regulation)
2.2.7 电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio)
2.2.8 噪声(Noise)
2.2.9 精度(Accuracy)
2.3 线性稳压器稳定性研究
2.3.1 负反馈系统稳定性
2.3.2 未补偿线性稳压器交流小信号分析
2.4 传统ESR补偿
2.5 Miller补偿
2.6 插入缓冲级补偿
2.6.1 传统缓冲器
2.6.2 ECM缓冲器
2.6.3 自适应偏置ECM缓冲器
2.7 调整管PMOS模块频率补偿
2.8 本章小结
第三章 高压大电流线性稳压器设计
3.1 高压大电流线性稳压器整体设计
3.2 调整管宽长比确定
3.3 预稳压电路设计
3.4 带隙基准源设计
3.4.1 带隙电压基准源基本原理
3.4.2 负温度系数电压VBE
3.4.3 正温度系数电压ΔVBE
3.4.4 实现零温度系数基准电压
3.4.5 本文带隙基准源核心原理
3.4.6 启动电路设计
3.4.7 运算放大器设计与频率补偿
3.4.8 带隙基准源整体电路实现
3.5 线性稳压器误差放大器设计
3.6 线性稳压器保护电路设计
3.6.1 过温保护电路设计
3.6.2 软启动电路设计
3.6.3 过流保护电路设计
3.7 本章小结
第四章 线性稳压器仿真与分析
4.1 预稳压电路tt工艺角仿真
4.2 带隙基准源tt工艺角仿真
4.2.1 带隙基准源仿真结果
4.2.2 带隙基准源仿真结果总结
4.3 线性稳压器整体tt工艺角仿真
4.3.1 线性稳压器仿真结果
4.3.2 线性稳压器仿真结果总结
4.4 线性稳压器整体工艺角仿真
4.4.1 工艺角仿真
4.4.2 工艺角仿真总结
4.5 本章小结
第五章 线性稳压器版图设计与后仿
5.1 版图设计
5.1.1 版图设计流程
5.1.2 版图设计规则
5.1.3 版图设计方法
5.2 带隙基准源模块版图设计
5.3 误差放大器模块版图设计
5.4 整体版图设计
5.5 后仿真
5.5.1 后仿真结果
5.5.2 前后仿结果对比
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]低功耗自适应偏置无片外电容低压差稳压器[J]. 刘云超,陈敏,刘云涛,肖璟博,张成彬,陈杰. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(10)
[2]一种用于光电标签的高电源抑制比的低压差线性稳压器设计[J]. 秦国轩,靳萌萌,毛陆虹. 南开大学学报(自然科学版). 2018(01)
[3]一种适用于LDO的新型斜坡软启动电路[J]. 黄国城,尹韬,许晓冬,朱渊明,张亚朝,杨海钢. 太赫兹科学与电子信息学报. 2017(01)
[4]基于频率补偿和瞬态响应改善电路的低压差线性稳压器设计[J]. 王欢,晋春,张贞凯. 机电信息. 2016(24)
[5]一种加入动态补偿电路的快速响应LDO设计[J]. 周朝阳,冯全源. 半导体技术. 2015(10)
[6]一种大电流LDO稳压器的设计[J]. 杨燕,赵健雄,陈祝. 微电子学. 2016(02)
[7]大电流,微功耗,小体积单片LDO的设计与实现[J]. 彭晓宏,朱治鼎,侯立刚,汪金辉,吴武臣. 现代电子技术. 2013(13)
[8]一种低功耗宽频带LDO线性稳压电路设计[J]. 潘希武,邹静,蒋师,周一川,杨辉,杨维明. 中国集成电路. 2011(06)
[9]一种预稳压的高压线性稳压器的设计[J]. 董双兵,戴宇杰,张小兴,吕英杰. 南开大学学报(自然科学版). 2010(06)
[10]一种高增益低功耗的CMOS低噪声放大器[J]. 康劲,孙玲玲,文进才,赵明付,章少杰. 电子器件. 2010(01)
硕士论文
[1]基于BCD工艺的输出可调型LDO线性稳压器电路设计[D]. 勇玉琳.黑龙江大学 2018
本文编号：3191362
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