【摘 要】
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电源管理芯片作为各类电子设备的心脏,在车用电子、充电适配器、物联网等多个领域应用众多。电子市场对电源管理芯片的需求逐渐向着更高效率、更小体积以及更高可靠性的方向发展。原边反馈（Primary-Side-Regulation,PSR）反激变换器因其独特的电气隔离特性而具有更高的可靠性与安全性被广泛应用,同时避免了对环境条件敏感的光耦合器的使用,减少芯片外围器件数量,有效地提高了芯片的集成度与稳定性,
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电源管理芯片作为各类电子设备的心脏,在车用电子、充电适配器、物联网等多个领域应用众多。电子市场对电源管理芯片的需求逐渐向着更高效率、更小体积以及更高可靠性的方向发展。原边反馈（Primary-Side-Regulation,PSR）反激变换器因其独特的电气隔离特性而具有更高的可靠性与安全性被广泛应用,同时避免了对环境条件敏感的光耦合器的使用,减少芯片外围器件数量,有效地提高了芯片的集成度与稳定性,成为近年来电源管理芯片设计的研究热点。本文调研分析近年国内外原边反馈电源管理芯片的工作原理和低功耗技术,研究并设计了一款原边反馈AC/DC芯片。详细介绍PSR反激变换器原理以及恒压恒流功能实现原理。分析PSR系统采样精度误差的主要来源,使用采样窗口辅助电路与前沿消隐技术解决电感固有的漏感效应,提高输出电压电流的采样精度。设计反馈电压能量回收结构,将反馈采样电压作为芯片电源的供电支路,提高能量利用效率有效降低功耗。此外,芯片核心子电路模块包括带有全面保护功能的电源模块、振荡器模块、恒压控制模块、恒流控制模块以及驱动电路模块。使用可集成在芯片内部的特制耐高压驱动MOS作为输出功率晶体管以实现安全高压启动并提高芯片的可靠性。通过联合仿真验证,均已达到设计要求。本文基于SMIC 0.18μm CMOS工艺提出一种最大额定功率为10 W的PSR反激开关电源AC/DC控制芯片,芯片包含脉冲宽度调制（Pulse-width Modulating,PWM）与脉冲频率调制（Pulse-frequency Modulating,PFM）两种调制方式。通过Spectre工具完成系统仿真,芯片工作电压范围为6-70 V,工作温度范围为-60℃至180℃,自适应频率范围为1k Hz-100k Hz。恒流模式下最大输出2 A恒定电流;在恒压模式条件下,负载为100 m A时的系统效率为73%,负载为1 A条件下的效率为77%以及负载为2 A满载条件下的效率高达87%。
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