Исследование и разработка функциональных узлов интегральных контроллеров источников вторичного электропитания с высокой стабильностью выходного напряжения

• Автор: Эннс, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Общая характеристика работы

Глава I. Выявление функциональных узлов, определяющих стабильность выходного напряжения ИВЭП

1.1. Виды источников вторичного электропитания,

их функциональные узлы

1.2. Анализ функциональных узлов интегральных

контроллеров ИВЭП

1.3. Выводы и постановка задачи

Глава II. Разработка и исследование метода построения источника

опорного напряжения с высокой стабильностью выходного

напряжения в расширенном температурном диапазоне

2.1 Метод кусочной аппроксимации выходного
напряжения ИОН
2.2 Метод настройки источника опорного напряжения
с кусочной аппроксимацией
2.3 Проектирование источника опорного напряжения
с кусочной аппроксимацией на двух отрезках
2.4 Экспериментальные результаты
2.5 Выводы
Глава III. Метод построения и анализа контроллера преобразователя постоянного напряжения на основе применения последовательного
кода максимальной частоты
3.1 Анализ импульсного преобразователя с использованием
дискретных сигналов

3.2 Понижающий импульсный преобразователь напряжения с
повышенной частотой переключения
3.3 Моделирование импульсных контроллеров ИВЭП
3.4 Выводы
Глава IV. Методика проектирования контроллеров ИВЭП с
множеством состояний и сложной временной диаграммой
4.1 Методика проектирования
4.2 Проектирование контроллера литий-ионных
аккумуляторов на основе предложенной методики
4.3 Экспериментальные результаты
4.4 Выводы
Глава V. Высокоточные компараторы с возможностью детектирования отрицательных уровней напряжения на основе сравнения токов, соответствующих разнице входных и опорных напряжений
5.1. Метод построения компараторов, детектирующих
отрицательный уровень входного напряжения
5.2. Нестабильность компараторов, детектирующих
отрицательное входное напряжение
5.3. Экспериментальные результаты
5.4. Выводы
Заключение
Список используемой литературы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. К первичным источникам электропитания относятся электросеть переменного тока, аккумуляторы, батареи, и т.д. Для функционирования большинства интегральных схем (ИС) требуются напряжения питания, номинальные значения, и стабильность которых отличается от представляемых первичными источниками. В этом случае применяются источники вторичного электропитания (ИВЭП), которые преобразуют выходное напряжение первичных источников электропитания к виду, пригодному для использования в ИС.
Существующая тенденция повышения точности основных характеристик микросхем в расширенном температурном диапазоне предъявляет повышенные требования к стабильности выходного напряжения ИВЭП.
Современные источники вторичного электропитания проектируются на основе специализированных контроллеров, определяющих характеристики ИВЭП. В свою очередь, параметры специализированных контроллеров, определяются параметрами их основных функциональных узлов. В настоящее время методы построения функциональных узлов, которые дают качественное улучшение стабильности выходного напряжения в широком диапазоне температур, исследованы недостаточно полно.
В связи с этим, исследование и разработка функциональных узлов интегральных контроллеров ИВЭП с. высокой стабильностью выходного напряжения является актуальной задачей.
Микроэлектроника развивается в направлении уменьшения проектных норм и повышения степени интеграции. При этом площадь цифровых схем существенно уменьшается, в -то время как площадь аналоговых схем сокращается незначительно. Поэтому перспективными являются методы повышения стабильности выходного напряжения, основанные на увеличении доли цифровых схем.
^BEl-x ~ VBEI + 1П

сопротивление при опорной или комнатной температуре (идеальное сопротивление). Таким образом, используя уравнения (1.4), (1.10) и (1.25), можно получить зависимость напряжения база-эмиттер от резистора R:

UCOJ • (1.26)
= VBEl-VTln[l + A{T-Tr)+B(T-Tr)2]
Следовательно, ошибка также присутствует в опорном напряжении:
Vref-x = Vref - VT ln[l + A(T -Tr)+B{T-Tr)2*
T • (l-27)
~ VREF - 25-8 --^ + 0.0005(r - 300°K)]mB '
300° к
С учетом нестабильностей Verror(Tr), влияющих на опорное напряжение, которые можно выделить из выражений (1.8), (1.12), (1.16), (1.19), (1.24) и (1.27), суммарная ошибка начального выставления опорного напряжения Е1 !С может быть описана в виде:
Е}с=ЖГепог_п(Тг)»25мВ. (1.28)

В таблице 1.4. представлены некоторые источники опорного напряжения [1]. В таблице: Vom, h, КС - выходное напряжение, ток потребления, коэффициент стабилизации.
Таблица 1.4.
Модель Vour, В Точность, мВ ТКН, ррт/°С Is, мкА КС
TL431 2,5 50 10
LM385 ' 1,24 15 30
AD1586B 2,5 2 50
AD589M 1,225 25 10
REF195E 5 2 5 45 40
ADR291E 2,5 2 3 12 1