_一种双向大电流负载开关芯片的设计.doc

西安邮电大学硕士学位论文

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摘要

近年来，随着很多新型便携式电子产品的相继问世，如可穿戴式电子产品、5G智能手机、平板电脑以及可生物植入和生物注射的天线等。新型电子产品具有体积小，方便携带，自带蓄电功能，对电源的性能要求更高。在日常使用中为了节省电能，除了应用高效率的电源管理芯片外，还需要多个负载开关，并由微处理器进行控制组成负载管理，在不同的工作状态时，给有用的负载供电，将不用的负载统统关断。负载开关IC是一种电源IC，具有体积小、低电压工作、低导通电阻和低静态电流等特点，与传统分立式电源结构相比，使用负载开关有助于显著缩小电源IC的尺寸和节能，并且对负载可以起到很好的保护作用，因此深受电源IC设计师们的喜爱。

论文在研究了负载开关IC发展现状基础上，针对耐高压、大电流的产品应用，设计了一款双向大电流的负载开关芯片；该款负载开关IC具有3V到20V的宽输入电压工作范围，提供最大5A的持续负载电流；此外，该芯片还可提供输入过压保护、过温保护、欠压锁定以及输出电压的反向阻断功能，同时还可支持USB充电和OTG的自主切换。该芯片主要用于智能手机、手持设备、平板电脑和其它便携式设备中。

本文首先系统地研究了负载开关的基本原理与结构，为双向大电流负载开关IC的设计提供理论指导，然后结合传统负载开关输出电流较小，不具备OTG功能等特点，提出了双向大电流负载开关芯片的实现方法与整体结构框图，然后对相应子模块电路进行具体设计，并使用Cadence工具下的Spectre软件搭建电路，采用0.18μmBCD工艺完成相关子模块电路的仿真分析工作，最后对芯片整体电路进行了功能验证。

关键词：负载开关；浪涌保护；过压保护电路；反向电流阻断；过温保护

西安邮电大学硕士学位论文

ABSTRACT

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ABSTRACT

Inrecentyears,withtheadventofmanynewportableelectronicproducts,suchaswearableelectronics,5Gsmartphones,tablets,andbio-implantableandbio-injectableantennas.Notonlyaretheysmallinsize,lightinweight,andversatile,theyalsohavelongerchargingintervalsandrequirehigherpowerperformance.Inordertosaveelectricityindailyuse,inadditiontoapplyingahigh-efficiencypowermanagementchip,multipleloadswitchesarerequired,andthemicroprocessorisusedtocontroltheloadmanagement.Indifferentworkingstates,powerissuppliedtotheusefulload,whichwillAllunusedloadsareshutdown.LoadswitchICisapowersupplyICwithsmallsize,lowvoltageoperation,lowon-resistance,andlowquiescentcurrent.Comparedwithtraditionaldiscretepowersupplystructures,theuseofloadswitcheshelpstosignificantlyreducethesizeofpowerICs.Andenergysaving,andcanplayagoodroleinprotectingtheload,soitislovedbypowerICdesigners.

BasedontheresearchonthedevelopmentstatusofloadswitchICs,thispaperdesignsabidirectionalhighcurrentloadswitchchipforhighvoltageand