一种热疏导型大功率输出级电路

论文摘要

功率集成电路属重要电子元器件，功率集成运算放大器目前在电子整机小型化、智能化应用领域，用途十分广泛，尤其在国防科技工业中的武器装备项目上，需求较大。功率集成运算放大器是典型的军民两用产品，因此对大功率集成运放的研究具有重要意义。功率集成电路的功耗较大，管子消耗的功率越大，基片温度就越高，良好的散热对保证电路的各项性能指标非常重要。本文研究的这种热疏导型大功率输出级电路，利用了功率管在瞬态所承受的功率很大，在电路结构上设计了冗余辅模块，对功率输出级的主电路模块进行功率疏导，以达到控制热源温升的目的，从而实现热的疏导。通过设计的主、辅电路模块交替工作，使主、辅电路模块都能工作在最佳状态，未等一模块严重发热，就交由另一模块代替工作。这种工作方式大大提高了电路结构的集成度和散热效率。本课题采用5μm双极型常规工艺，依次做了电路设计、电路仿真、版图设计以及版图验证等工作。仿真结果表明，各项技术指标都满足设计要求，输出功率的典型值达到了10W，属于国内先进水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 功率集成运放的国内外研究概况
• 1.2 本课题的研究背景及意义
• 1.3 课题的主要研究内容
• 第二章 当前大功率输出级散热方案
• 2.1 功率集成运放电路结构
• 2.2 功率模块的热保护
• 2.3 散热器的使用
• 2.3.1 热阻
• 2.3.2 散热器的选配
• 2.4 功率输出管
• 2.5 当前大功率输出级设计的不足之处
• 第三章 热疏导型大功率输出级电路的设计
• 3.1 电路的工作原理
• 3.1.1 设计思想
• 3.1.2 工作原理
• 3.1.3 应用
• 3.2 电路结构设计
• 3.2.1 功率输出级热疏导电路设计
• 3.2.1.1 信号正半周的主、辅电路模块
• 3.2.1.2 信号负半周的主、辅电路模块
• 3.2.2 电压偏置电路设计
• 3.2.3 小功率晶体管并联结构
• 3.2.4 功率输出管设计
• 3.2.5 恒流源电路
• 3.3 功率输出级整体性能分析
• 3.3.1 功率输出级电路的直流分析
• 3.3.2 功率输出级电路的功率分析
• 3.4 大功率输出级电路设计总结
• 第四章 热疏导型大功率输出级电路的仿真分析
• 4.1 功率输出级电路仿真模型
• 4.2 功率输出级电路仿真分析
• 4.2.1 正半周的主、辅电路模块仿真分析
• 4.2.2 负半周的主、辅电路模块仿真分析
• 4.2.3 直流传输特性分析
• 4.2.4 静态功耗分析
• 4.2.5 交流分析
• 4.2.6 电路的瞬态分析
• 4.2.7 转换速率分析
• 4.2.8 噪声分析
• 4.3 仿真小结
• 第五章 热疏导型大功率输出级版图设计及验证
• 5.1 版图设计原则
• 5.2 基本器件的版图单元结构
• 5.2.1 NPN管版图结构
• 5.2.2 横向PNP管版图结构
• 5.2.3 电阻版图结构
• 5.2.4 连线
• 5.3 功率输出级版图设计
• 5.3.1 隔离区划分
• 5.3.2 元件图形和尺寸设计
• 5.3.3 隔离区单元的版图
• 5.3.4 整体版图及版图验证
• 第六章 总结
• 6.1 总结
• 6.2 应用前景
• 致谢
• 主要参考文献
• 硕士期间发表的论文及成果