脉冲跨周期调制模式（psm）的技术分析

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1、电子科技火学硕士学位论文第一章绪论§1．1论文研究背景与意义本课题是国家自然科学基金项目的一个分支，是PSoC(PowerSystemorlChip)技术的重要理论支撑点。1992年，美国PowerIntegration公司率先研制成号称“第三代电力电子器件”的PWM／MOSFET二合一单片lC产品，该产品集功率开关器件、控制电路与保护电路于一体，用少量的外围元器件，就构成性能优、成本低的小功率集成电路，大大简化了安装调试工作。1995年，PI公司推出的最少引脚全自动保护PWR．TOPSwtich系列(第四代产品)二合一单片lCllo】，更简化

2、了电路结构，降低了成本，减少了电磁干扰；且具有更完备的自动保护功能。除了TOPS州ich之外，西门予、韩国三星、意法半导体、MOTOROLA、El本新电源、安森美等公司，也推出了各种PwM，MOSFE丁二合--IC产品。这些产品均为智能型MOSFET高压集成电路。2000年PowerIntegration公司继TOPSwitch产品新推TinyswItch【11，121和后来LinkSwitch[131、DPA．Switch[14墚列产品则选择了一种简单的ON／OFF控制模式。这类产品具有外围电路简单、高效、低EMI的特点。安森美半导体公司20

3、01年推出的NCPl200系列产品【1别中采用了一种带SkipI作方式的电流式PWM控制模式，具有极低的待机能耗性能。ON／OFF技术属于硬开关技术，笔者查阅了大量文献资料，迄今尚未发现有关智能功率集成电路中ON，oFF控制理论和模型的研究与分析报道。仅有产品说明书及产品专利上相应工作原理路的简介。且这种控制思想尚在发展之中，在PI公司2000、2001年的几代产品中，ON／OFF控制电路拓扑结构和控制模式都有所改进。同样，安森美公司的产品，也没有详细的原理描述和数学模型。国内在智能功率集成电路领域的研究滞后于国外。尤其在智能功率集成电路的控制

4、模式方面未闻新的技术突破。不断优化和完善PwM／PFM控制模式，是智能功率集成电路等相关领域技术人员追求的目标。突破PWM／PFM控制模式的限制，探索研发新的控制模式，以使智能功率集成电路的待机能耗更低、更具高效率、小型化、集成化、智能化、高可靠性是智能功率集成电路的大势所趋，也是今后的发展方向。罗萍博士在2002年国际ICCAS会议上，发表了一篇名为“SkipCycleModulationinSwitchingDC—DCConverter”的论文“”引起了美国、日本等同电子科技大学硕士学位论文行的极大兴趣。该论文所提的SCM控制模式即为PSM

5、的雏形。本论文在文献[2-9]的基础上深入研究SPIC的Ps}f【调制模式和调制特性，进一步提出模糊跨周调制FPSM模型，并予以理论分析，以期在高效SPIC研究中有所突破和贡献。§1_2SPIC的基本结构智能功率集成电路的基本功能结构单元包括：功率器件、驱动电路、传感与保护与控制、接口四大部分。图1—1给出了SPIC的典型结构框图。4⋯，图1～2为实现这些基本功能所需的綦本电路和器件。智能功率集成电路广泛应用于电压调节器、汽车用功率开关、开关电源、电机驱动、家用电器、便携产品的电源管理等。其典型产品包括高低压驱动电路和单片式开关电源(SMPS，

6、SwitchingModePowerSupply)。微型计算机4

7、匿紊H路卜函盂卜一圳～⋯⋯鬲蠹i⋯⋯⋯图l一1SPIC的典型结构框图功率器件驱动电路传感与保护接口检测电路模拟电路逻辑电路负载双极型功率管功率MOSFET图1—2智能功率集成电路的基本电路和器件SPIC诸产品中，重量轻、体积小、功耗低的便携产品在近几年发展迅猛“”墨票重墨一羔等智能功率集成电路电子科技大学硕士学位论文极大地促进了智能功率集成电路的发展与应用。图l一3给出了目前引脚数最少的三端智能功率集成电路”⋯，它将功率器件、控制电路和保护电路集成在一块芯片上，因此只需用少量的外

8、围元器件，就能构成成本低、性能优的小功率开关稳压电源，广泛用作便携产品的电源管理电路。图i一3所示粗黑框即为三端SPIC芯片，其余部分为外围主电路。主电路输出电压经光电耦合器将电压检测信号送到SPIC芯片的控制端c端，内部则由SenseFET功率器件进行电流检测。电压、电流检测信号作用于片内控制电路与各种保护电路上，内部PWM控制器输出的控制信号与各种保护电路的输出信号作用到功率管上，控制功率管的开关状态，从而调节主电路的输出电压。图1—3三端sPIC应用电路简图§1．3SPIC常见的控制器目前智能功率集成电路中出现最多的是PWM控制模式及其派

9、生模式。笔者查询了国内外SPIC领域的若干资料，发现“跨周(skip)”的概念，与文献[2—9]提出的PSM概念在本质上是一样的，但没有均没有发现其理