автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Исследование и разработка функциональных узлов интегральных контроллеров источников вторичного электропитания с высокой стабильностью выходного напряжения

На правах рукописи

Эннс Александр Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ С ВЫСОКОЙ СТАБИЛЬНОСТЬЮ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Специальность 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

9 ИЮН 2011

4849090

Работа выполнена на кафедре Интегральной электроники и микросистем Московского государственного института электронной техники (технического университета)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Пармёнов Ю.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Гуреев A.B.

кандидат технических наук Крымко М.М.

Ведущая организация: ОАО «НИИМЭ и Микрон»

Защита диссертации состоится « $.8 » _2011 г.

в 44 часов минут на заседании диссертационного совета Д 212.134.01 при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, дом 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ.

Автореферат разослан « 2ß » и/алЯ_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета: доктор технических наук, профессор • КрупкинаТ.Ю.

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 отличаются 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 параметров микросхем в расширенном температурном диапазоне предъявляет повышенные требования к стабильности выходного напряжения ИВЭП.

Характеристики ИВЭП определяются параметрами основных функциональных узлов специализированных контроллеров. 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.

Размер цифровых элементов полупроводникового кристалла с развитием микроэлектроники существенно уменьшается, в то время как размер аналоговых элементов сокращается незначительно.

Поэтому актуальной также является разработка функциональных узлов ИВЭП с высокой стабильностью выходного напряжения, в основе которых лежит преимущественное использование цифровых схем.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методов проектирования, анализе и схемотехнической реализации функциональных узлов интегральных контроллеров источников вторичного электропитания с высокой стабильностью выходного напряжения.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ контроллеров ИВЭП различных типов с целью выявления функциональных узлов, определяющих стабильность выходного напряжения.

2. Разработать метод построения источников опорного напряжения (ИОН) с высокой стабильностью выходного напряжения в. расширенном диапазоне температур.

3. Разработать метод настройки предложенных источников опорного напряжения с высокой стабильностью выходного напряжения применимый в условиях массового производства.

4. Разработать методику проектирования времязадающих цепей высокой точности для контроллеров ИВЭП с множеством состояний и сложной временной диаграммой.

5. Разработать метод построения контроллера импульсного преобразователя постоянного напряжения, обеспечивающий повышенную частоту переключения при высокой стабильности выходного напряжения.

6. Разработать метод построения высокоточного компаратора с возможностью детектирования отрицательных уровней напряжения.

7. Провести экспериментальную проверку разработанных методов и решений на примере проектирования, изготовления и исследования полученных характеристик ряда микросхем контроллеров источников вторичного электропитания.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. На основе исследования температурной зависимости выходного напряжения источников опорного напряжения первого порядка разработан метод построения ИОН с использованием кусочной аппроксимации.

2. Разработан метод настройки такого источника опорного напряжения, основанный на последовательном вычислении коэффициентов усиления.

3. Установлены и исследованы зависимости нестабильности времязадающих цепей контроллеров ИВЭП от их параметров, на базе зависимостей разработана методика проектирования контроллеров ИВЭП с множеством состояний и сложной временной диаграммой, которая основана на использовании связанных линий задержки.

4. На основе предложенной модели анализа дискретных сигналов в индуктивной цепи разработан метод построения контроллера импульсного преобразователя постоянного напряжения с применением последовательного кода максимальной частоты.

5. Разработан метод построения высокоточного компаратора с возможностью сравнения отрицательных уровней входных напряжений, основанный на сравнении токов, соответствующих разнице входных и опорных напряжений.

Практическая ценность работы.

1. На основе анализа функциональных узлов интегральных контроллеров ИВЭП выявлены две группы узлов, которые влияют на стабильность выходного напряжения. Показано, что повышение стабильности выходного напряжения узлов первой группы может быть достигнуто путем совершенствования проектирования топологии и относительного увеличения топологических размеров элементов. Повышение стабильности выходного напряжения узлов второй группы можно достичь за счет

новых схемотехнических и конструктивных решений, которые рассмотрены в диссертационной работе.

2. Метод построения источника опорного напряжения, основанный на кусочной аппроксимации, позволяет повышать стабильность выходного напряжения ИВЭП в расширенном температурном диапазоне.

3. Метод настройки источника опорного напряжения, основанного на кусочной аппроксимации, позволяет настраивать такой ИОН, в том числе в условиях массового производства, посредством последовательного вычисления коэффициентов усиления.

4. Методика проектирования контроллеров ИВЭП с множеством состояний и сложной временной диаграммой на основе использования связанных линий задержки позволяет проектировать времязадающие цепи в источниках вторичного электропитания с повышением стабильности выходного напряжения ИВЭП.

5. Метод построения контроллера импульсного преобразователя постоянного напряжения на основе применения последовательного кода максимальной частоты обеспечивает повышение частоты переключения и высокую стабильность выходного напряжения. Повышение частоты переключения позволяет уменьшать габариты индуктивных элементов, что делает возможным интеграцию этих элементов в одном корпусе.

6. Метод построения высокоточного компаратора с возможностью детектирования отрицательных напряжений позволяет достигать высокой стабильности выходного напряжения компаратора при отрицательных уровнях входных напряжений.

7. Внедрение разработанной серии источников вторичного электропитания позволяет снизить себестоимость и улучшить эксплуатационные характеристики широкого спектра интегральных контроллеров ИВЭП бытового, промышленного и военного назначения.

Внедрение. Результаты работы внедрены и легли в основу серийно выпускаемых микросхем защиты литиевых аккумуляторов КБ1446ВГЗ, КБ1446ВГ6, что подтверждено актом о внедрении.

Достоверность_результатов. Достоверность

разработанных методов и решений подтверждена результатами экспериментальных исследований тестовых образцов различных источников вторичного электропитания и серийных микросхем защиты литиевых аккумуляторов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Проектирование источника опорного напряжения с использованием кусочной аппроксимации позволяет создавать ИОН с высокой стабильностью выходного напряжения в расширенном температурном диапазоне.

2. Метод настройки ИОН с кусочной аппроксимацией на основе последовательного вычисления коэффициентов усиления позволяет настраивать такой источник опорного напряжения посредством измерения источника при одной температуре.

3. Методика проектирования контроллеров ИВЭП, основанная на использовании связанных линий задержки, позволяет сделать выбор способа построения времязадающих цепей, что повышает стабильность выходного напряжения контроллеров источников вторичного электропитания с множеством состояний и сложной временной диаграммой.

4. Метод построения контроллеров ИВЭП, основанный на использовании последовательного кода максимальной частоты, позволяет проектировать контроллеры импульсных преобразователей постоянного напряжения с увеличенной частотой переключения управляющего ключа и повышенной стабильностью выходного

напряжения.

5. Метод построения компараторов, основанный на сравнении токов, соответствующих разнице входных и опорных напряжений, позволяет проектировать интегральные компараторы с повышенной точностью сравнения отрицательных уровней входных напряжений при использовании только положительных источников напряжения.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 6 научно-технических конференциях, в том числе на международной научно-технической конференции «Проектирование систем на кристалле: тенденции развития и проблемы» в 2010 году и на 18-ой всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2011».

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 3 статьях и тезисах б докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка используемой литературы. Диссертация изложена на 128 листах основного текста, содержит 83 рисунка и И таблиц к основному тексту, списка литературы из 104 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе на основе обзора литературы проведен анализ структуры контроллеров ИВЭП различных типов с целью выявления функциональных узлов, определяющих стабильность выходного напряжения.

По функциональному назначению при построении источников вторичного электропитания используются три

основные группы контроллеров: линейные стабилизаторы, детекторные схемы, импульсные стабилизаторы.

В каждой группе контроллеров можно выделить функциональные узлы, которые влияют на стабильность выходного напряжения в целом.

Для различных групп такими узлами являются:

1. Резистивные и емкостные цепи, резистивные делители;

2. Операционные и инструментальные усилители;

3. Схемы сравнения, компараторы;

4. Источники опорного напряжения;

5. Времязадающие цепи;

6. Модулирующие цепи.

По точности стабилизации выходного напряжения ИВЭП подразделяются на несколько классов: с низкой стабильностью выходного напряжения; со средней стабильностью выходного напряжения; с высокой стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность выходного напряжения 0,1 - 0,5%); прецизионные.

Диапазон рабочих температур обычно подразделяют на несколько групп: коммерческий; индустриальный; расширенный (военный: -55 + +125°С).

Целью диссертационной работы является разработка методов построения функциональных узлов интегральных контроллеров ИВЭП с высокой стабильностью выходного напряжения в расширенном температурном диапазоне.

Суммарную нестабильность выходного напряжения определяют по формуле:

V - ¡V2 + У2 + У2 + У2 + У2 +У2

/не "V нс(ИОН) т г нс(РЦ) т ' нс(ОУ) нс{К) т ' нс(ВЦ) т нс{МЦ) >

где УНС(И0Н), Кс(рц), Кс(ОУ)> Кс(ю, Кс(вщ> Кс(мщ - приведенные к выходу нестабильности выходного напряжения ИВЭП, вызванные нестабильностью каждого из функциональных узлов по отдельности: ИОН, резистивных цепей, операционных усилителей, компараторов, времязадающих цепей и модулирующих цепей соответственно.

Нестабильность выходного напряжения источников опорного напряжения V^oh) определяют следующим выражением:

тгг/ _ Eic + Etc + Еlnr

нс(ИОН) — у '

REF

где Е1С - ошибка начального выставления опорного напряжения Vref, Etc - ошибка, вызванная температурным коэффициентом выходного напряжения, ELnr - ошибка, вызванная влиянием нагрузки.

Нестабильность выходного напряжения ИОН первого порядка не позволяет обеспечивать высокую стабильность выходного напряжения ИВЭП в расширенном температурном диапазоне.

В настоящее время, отсутствуют ИОН 2-го и высших порядков, характеризующиеся малыми аппаратными затратами с простым алгоритмом настройки опорного напряжения в том числе в условиях массового производства. Поэтому, в диссертации рассматривается метод построения таких ИОН.

Нестабильность выходного напряжения резистивных

делителей (У^рц)) определяется следующим выражением:

у' __J m

К1 + К2 ■ ÓRR

где Ri и R¡ - номиналы резисторов делителя, Зт - ошибка согласования резисторов.

Из формулы (1) видно, что точность выходного напряжения резистивных делителей определяется степенью согласования резистивных элементов. Точности, достигаемой при использовании специальных топологических методов, достаточно, чтобы сконструировать ИВЭП с высокой стабильностью выходного напряжения.

Нестабильность выходного напряжения операционных усилителей и схем сравнения в большей степени зависит от рассогласования элементов входной дифференциальной пары и определяется выражением:

/

у! _ кУ Д +1(у -у)

нс(ОУ) v ^V ^ ry VGS ут) У пггт Z

1

V

где R0, Vos, W/L, VT, Ад, A m, А к - выходное сопротивление, напряжение затвор - исток, отношение ширины к длине, пороговое напряжение и ошибки рассогласования транзисторов дифференциальной пары соответственно, Vout> ку ~ выходное напряжение и коэффициент усиления.

Стабильности выходного напряжения современных операционных усилителей и схем сравнения, работающих при положительных входных напряжениях и уровнях питания, достаточно для построения ИВЭП с высокой стабильностью выходного напряжения.

Однако в настоящее время отсутствуют схемы сравнения отрицательных уровней входных напряжений с высокой стабильностью выходного напряжения, в которых используются только положительные уровни источников питания, методы построения которых разработаны и описаны в диссертационной работе.

Точность времязадающих цепей контроллеров влияет на стабильность выходного напряжения ИВЭП. Методика их проектирования в литературе описана недостаточно полно. Поэтому необходимо разработать методику проектирования времязадающих цепей контроллеров ИВЭП с целью повышения стабильности выходного напряжения.

Существующие типы контроллеров импульсных ИВЭП не позволяют значительно увеличивать частоту переключения. Повышение частоты переключения ключей позволяет понижать пульсации выходного напряжения, обеспечивая высокую стабильность выходного напряжения. Поэтому необходимо разработать метод построения контроллеров импульсных преобразователей напряжения с повышенной частотой переключения.

На основе анализа функциональных узлов интегральных контроллеров ИВЭП можно выделить две группы узлов, которые

влияют на стабильность выходного напряжения.

К первой группе относятся резистивные цепи, операционные усилители и компараторы, предназначенные для сравнения положительных входных напряжений. Повышение точности параметров функциональных узлов этой группы может быть достигнуто путем совершенствования топологического проектирования и относительного увеличения топологических размеров элементов.

Ко второй группе относятся такие блоки как источники опорного напряжения, времязадающие цепи, модулирующие цепи и компараторы, предназначенные для сравнения отрицательных входных напряжений. Повышение точности параметров узлов этой группы можно достичь за счет новых схемотехнических и конструктивных решений, которые рассматриваются в диссертации,

Вторая глава посвящена разработке метода проектирования источника опорного напряжения с высокой стабильностью выходного напряжения в расширенном температурном диапазоне. Рассмотрен метод подстройки таких ИОН.

Характеристика ИОН первого порядка (J11) приведена на рис 1. Максимум опорного напряжения располагается при температуре Tr (середина температурного диапазона), при этом:

V*BF=Veo+f-TR, (2)

где Vref ~ опорное напряжение, Vco - напряжение на диоде при 0°К, q - переменная, зависящая от технологии и не зависящая от температуры. В области максимума - наименьшая зависимость выходного напряжения от температуры.

Использование кривой опорного напряжения с двумя вершинами при температурах TR¡ и TR¡ позволяет в том же температурном диапазоне ST в несколько раз уменьшить ТКН (JT2 на рис.1).

Дальнейшее улучшение характеристик достигается аппроксимацией кривой температурной зависимости опорного

напряжения, в которой используется N вершин. На рис.1 показано выходное напряжение ИОН с использованием 4-х вершин (ЛЗ).

4 У ✓ / / / / / / Та, , ^ ' ч ^ Тя * N N \ \ > N \ \ ТК2

А- -► т

Рис. 1. Зависимость выходного напряжения различных ИОН от

температуры.

Предложенный метод кусочной аппроксимации температурной зависимости выходного напряжения ИОН основан на разбиении температурного диапазона дТ на несколько частей. Для каждой из частей диапазона производится сдвиг исходной кривой выходного напряжения ИОН первого порядка на величину АТ по оси температур с помощью изменения коэффициентов усиления слагаемых выходного напряжения КРТлт и Ксглт таким образом, чтобы максимум напряжения находился в середине каждой части диапазона.

Метод позволяет достигать точностных характеристик, сопоставимых с ИОН второго порядка в расширенном температурном диапазоне, и характеризуется применением функционально сложных цифровых и оптимальных аналоговых блоков, что приведет к минимизации размера ИОН при изготовлении по технологии с малыми технологическими нормами.

Примем следующие условия:

1) При сдвиге кривой на АТ при температуре Тр+АТ достигается максимальное значение опорного напряжения.

2) Напряжение на сдвинутой кривой при температуре Гл+АГ равно максимальному значению напряжения ИОН первого

порядка.

Определим опорное напряжение с использованием коэффициентов усиления Кстлт и Кртлт-

к

РТАТ(Щ

+ -

£

\

Кг

Т-£Г 1п

( т \ т

к-1 л у

,(3)

СТАТ(,Щ У

где Т-температура в °К.

Решая уравнения (2) и (3) при принятых условиях, выводим в общем виде выражения для коэффициентов Крглщ) и Кстати №го порядка:

К

( (Т +АТ N ^

1 Я ^ 'Л1 N

РТАТ(Ы)

К,

к,

СТАТ(И)

Уоо+^п

1п

V V

+1

СТАГ(Ы)

(4)

(5)

УС0+£{ТЯ+АТ„У Предложенная практическая реализация такого подхода, в общем случае заключается в использовании схемы ИОН с температурным датчиком и запоминающим устройством (ЗУ), в котором хранятся коэффициенты Кртлг(И) и Ксташ (рис 2).

Рис. 2. Блок-схема ИОН с кусочной аппроксимацией выходного

напряжения.

Количество отрезков аппроксимирующей кривой и соответственно точек переключения зависит от предъявляемых требований к ТКН и рабочему диапазону температур.

Для изготовления такого ИОН необходим автоматизированный алгоритм настройки выходного напряжения. Разработан алгоритм для двух отрезков аппроксимирующей кривой, он представлен на рис.З.

Рис. 3. Алгоритм настройки выходного напряжения ИОН.

Достоинством предлагаемого алгоритма является измерение микросхемы только при одной температуре, что обусловливает его простоту и применимость в массовом производстве.

Была реализована микросхема источника опорного напряжения с кусочной аппроксимацией на двух отрезках. Его фотография представлена на рис. 4а, зависимость выходного напряжения от температуры на рис. 46, параметры в таблице 1.

Уш. в

а) б)

Рис. 4. ИОН с кусочной аппроксимацией: а) фотография; б) температурная зависимость выходного напряжения.

Таблица 1 - Результаты измерений разработанного ИОН.

Параметр Значение

ТКН (-20°С + 80°С) 0,001 %/°С

Ток потребления 100 мкА

Рабочий температурный диапазон -60 + 125°С

Разработанный метод применим для большинства КМОП технологий. Спроектированная на основе предложенного метода микросхема соответствует критерию высокой стабильности выходного напряжения в расширенном температурном диапазоне, а также характеризуется простым алгоритмом настройки, применимым для массового производства.

Третья глава посвящена методу построения контроллеров импульсного преобразователя постоянного напряжения на основе применения последовательного кода максимальной частоты, и методу исследования подобных устройств, основанному на анализе дискретных сигналов.

Рассмотрим структуру импульсного понижающего преобразователя напряжения (рис. 5а).

Контроллер выдает импульсы тока, если выходное напряжение Vom меньше опорного напряжения Vи блокирует их в противном случае.

Предлагается для анализа модели использовать дискретные сигналы: заряды, хранящиеся и втекающие в узлы схемы в течение периода переключения Tf. Для упрощения примем, что схема работает в режиме прерывистого тока, и порция заряда, поступающего в конденсатор при подключенном генераторе, всегда фиксирована, не зависит от напряжения на конденсаторе и равна qo. Модель контроллера в этом случае представлена на рис.56. На рисунке q0ur - заряд, вытекающий в нагрузку в течение периода следования импульсов переключения Tf. Фактически этот заряд является входным сигналом схемы, в то время как д0 - является опорным сигналом, дс - заряд конденсатора.

ЯШГ-С-УЬЕР

1с

б)

-*—►

3.

г

> у.вь —О

1

-1

>

В)

Рис. 5. Импульсный понижающий преобразователь напряжения: а) структурная схема; б) модель; в) функциональная схема.

Сумматор зарядов 1, накопитель зарядов 2 и преобразователь заряд - напряжение 3 представляют собой конденсатор С и подключенные к нему узлы. Цепь, подключенная к отрицательному входу сумматора 1, моделирует катушку индуктивности с силовыми ключами.

Модель на рис. 56 соответствует модели модулятора первого порядка. Функциональная схема предложенной модели

приведена на рис.5в. На схеме —¡- - передаточная функция

1 —

интегратора, в котором выходной сигнал суммируется с входным на следующем такте переключения, компаратор заменён сумматором, одним из слагаемых которого является ошибка квантования Е.

Передаточная функция Нуе (г) = у^ = 1 - г 1

представляет собой передаточную функцию фильтра верхних частот (ФВЧ), то есть шумы квантования сформированы в соответствии с функцией ФВЧ. А это значит, что сигнал У поступающий на управляющие током дросселя ключи совпадает с входным низкочастотным сигналом (вытекающим зарядом) с большой точностью.

Передаточная функция Нух (г) = = 1 определяет, что

последовательный код с выхода компаратора соответствует входному сигналу, или происходит оцифровка вытекающего тока.

Рассмотренный ИВЭП имеет существенный недостаток, заключающийся в большой амплитуде пульсаций выходного напряжения, вызванной отсутствием импульсов тока в некоторые такты.

Предложен контроллер ИВЭП, в котором отсутствует данный недостаток, его модель представлена на рис.6а.

X - Яоит

¿4

/... о" "о

Чо

-Щ-Г

аналоговая часть

до ДГ цифровая часть

_г1г

С

шим -•- А —•— к-НГг)

и

ФНЧ

от датчика тока

а) б)

Рис. 6. Контроллер ИВЭП с использованием минимальной разницы зарядов: а) модель; б) функциональная схема.

Вместо опорных сигналов ^ и 0 на рис.5б, выберем опорные сигналы до' и где Ад - разница двух

соседних дискретных порций зарядов. В этом случае амплитуда пульсаций выходного напряжения будет минимальной. Цифровой ШИМ контроллер на основе данных с блока цифровой обработки сигналов компаратора формирует опорные заряды д0+

нефункциональная схема модели контроллера ИВЭП с использованием минимальной разницы зарядов представлена на рис. 66.

Передаточные функции Н/ и Нхь соответствуют ФВЧ.

Е X 1-г"1+£?(*)'

1

X 1-г~]+в(гУ

Устойчивость системы определяется полюсами передаточной функции. Все полюсы дискретной системы должны лежать внутри единичной окружности.

Данный преобразователь имеет две петли обратной связи в управляющей цепи. Одна - быстрая, производит кодирование выходной ошибки последовательным кодом, оперативно реагируя на изменение выходного напряжения, обеспечивая максимальную частоту переключения. Вторая петля обрабатывает последовательный цифровой код и компенсирует отклонение выходного напряжения от номинального значения в полном диапазоне токов нагрузки. Возможным вариантом схемы является использование в качестве ФНЧ нерекурсивного фильтра э тс-типа.

В результате анализа существующего и разработанного понижающих импульсных преобразователей напряжения выявлено существенное улучшение характеристик у предложенной схемы (таблица 2).

Таблица 2 - Результаты анализа импульсных контроллеров.

тип (ШИМ Частота, Пульсации, Индуктивность,

контроллер) МГц мВ мкГн

существующий 1 1 50

разработанный 10 0,1 5

Структура предложенного контроллера ИВЭП характеризуется повышенной частотой переключения силовых ключей, что ведет к уменьшению требуемой величины индуктивности и емкости и уменьшению пульсаций выходного напряжения.

Четвертая глава посвящена методике проектирования схем управления питанием с множеством состояний и сложной временной диаграммой на основе использования связанных линий задержки.

Рассмотрим два способа построения времязадающих цепей. В первом способе (способ А) временная задержка выполняется в виде аналоговой времязадающей цепи, время задержки которой определяется временем заряда емкости заданным током. Другой способ (способ Б) предполагает использование времязадающей цепи, на основе цифрового счетчика, тактируемого встроенным генератором.

Ошибка времязадающей цепи, построенной способом А, представлена выражением (б), способом Б - выражением (7): (С + АС) • 5 ,

А=Г С-Б--г' ()

у-+ Ы

ч

А(в=2 ».у. х 1 '--ь, (7)

*г

где у, С, к, уУ, АС, А/ - коэффициент пропорциональности, удельная емкость, площадь конденсатора, суммарная задержка, количество делений частоты, отклонения удельной емкости и

задаваемого тока соответственно.

На рис. 7 представлены установленные зависимости нестабильности времязадающих цепей от номинала суммарной задержки для заданных параметров. Из графика видно, что до определенного значения суммарной задержки более точной является цепь на основе способа А, после - цепь на основе способа Б.

Рис. 7. Ошибка времязадающих цепей.

Помимо точности на вопрос выбора способа построения задержки влияет таблица приоритетов состояний. Рассмотрим оба способа построения времязадающих цепей на примере перехода из состояния 1 в 2 с двумя уровнями детектирования V) и У2. Т), Т2, Т/, Г/ - описывают времена перехода. Упрощенная диаграмма состояний для способа А представлена на рис. 8а, для способа Б - на рис. 86.

а) б)

Рис. 8. Времязадающие цепи: а) диаграмма состояний способа А; б) диаграмма состояний способа Б.

Анализ приведенных диаграмм показывает их полную функциональную идентичность при условии одновременного детектирования обоих уровней перехода в состояние 2.

Введем критерий выбора одной из приведённых структур, которым является выражение:

Если Nt > 0, то оптимальной является структура на основе способа Б, если Nt< 0 то оптимальным является способ А.

Предложена методика проектирования времязадающих цепей контроллеров ИВЭП с множеством состояний и сложной временной диаграммой, которая состоит в следующем:

1. Определяется общая диаграмма состояний контроллера;

2. Определяются коэффициенты и параметры элементов времязадающих цепей;

3. Проверяется критерий (8). Определяется способ построения;

4. Схема разбивается на К блоков, в каждом сгруппированы задержки, которые реализуемы одним генератором;

5. Определяется диаграмма состояний для каждого из блоков;

6. В общую диаграмму состояний вводятся линии задержки;

7. Схема проверяется на реализуемость.

Предложенная методика применена при проектировании серийного контроллера литий-ионных аккумуляторов.

Цифровое управляющее устройство микросхемы можно представить в виде асинхронной последовательностной цепи с несколькими входами и выходами и множеством устойчивых состояний. К основным устойчивым состояниям относятся: OV -напряжение на аккумуляторе выше допустимого уровня; OD -напряжение ниже допустимого уровня; DOC - высокий ток разряда; SH - короткое замыкание; СОС - высокий ток заряда; SD - режим энергосбережения; ST - штатный режим работы.

Диаграмма состояний автомата представлена на рис. 9. Vdi, VD2, VDh VD4, VSH, Vsr, Vm, VH2, VCH - определяют сигналы переходов в различные состояния, ti, t2, t3, t4, t5 - определяют задержки переходов в различные состояния.

(8)

ОУ Ун1

У0!\ ¡1

У03-, и,

БТ

00

Уои Ь

БН

У04, и / / к»; и сос

Рис. 9. Диаграмма состояний управляющего устройства.

В таблице 3 представлены измеренные нестабильности времени задержек в разработанной микросхеме.

Таблица 3 - Временные параметры разработанного контроллера.

Параметр Значение, мс Ошибка, %

Максимальная задержка 500 10

Минимальная задержка 1 5

Такие ошибки задержек приводят к нестабильности выходного напряжения контроллера менее 0,01%. Разработанная методика проектирования времязадающих цепей в контроллерах ИВЭП повышает стабильность выходного напряжения источников вторичного электропитания.

Пятая глава посвящена методу построения высокоточных компараторов с возможностью детектирования отрицательных уровней напряжения на основе сравнения токов, пропорциональных разнице входных и опорных напряжений.

Принцип такого метода заключается в выделении разницы положительных опорных напряжений и на сумматоре и одновременном выделении разницы между отрицательным входным напряжением и опорным

напряжением Рщг?- Затем разницы напряжений преобразуются в ток на источниках тока, управляемых напряжением (ИТУН). Токи сравниваются на компараторе токов.

Функциональная схема предложенного компаратора представлена на рис. 10а, а его электрическая схема на рис. 106.

ИТУН!

V,

/ИТУН;

Рабочий ток

а) б)

Рис. 10. Компаратор отрицательных уровней напряжения а) функциональная схема; б) упрощенная электрическая схема.

Нестабильность выходного напряжения разработанного компаратора определяется выражением (9):

Унс(К2) - (3 ■

\2

1 , ч »У

Ь

+

'(Гс31-Уг)Ау

,(9)

Графики нестабильностей выходного напряжения существующего (У„с<ко) и разработанного (УИС(К2¡) компараторов от рассогласования пороговых напряжений показаны на рис. 11.

5*10 0.01 0.015 0.02

А,/, В

Рис. 11. Нестабильности выходного напряжения компараторов.

Разработанный компаратор и методика проектирования времязадающих цепей были использованы при проектировании серийных микросхем контроллеров литий-ионных аккумуляторов КБ1446ВГЗ, КБ1446ВГ6. Фотография контроллера представлена на рис. 12.

Рис. 12. Фотография контроллера литий-ионных аккумуляторов.

Предложенный компаратор обладает повышенной точностью сравнения отрицательных напряжений ±10 мВ, и позволяет проектировать ИВЭП с высокой стабильностью выходного напряжения.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В процессе выполнения работы предложены методы и решения, которые позволяют существенно улучшить технико-экономические показатели источников вторичного электропитания.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Разработан метод построения источников опорного напряжения с высокой стабильностью выходного напряжения в расширенном диапазоне температур.

2. Разработан метод настройки предложенных источников опорного напряжения с высокой стабильностью выходного напряжения, применимый в условиях массового производства.

3. Разработана методика проектирования контроллеров

ИВЭП с множеством состояний и сложной временной диаграммой на основе использования связанных линий задержки.

4. Разработан метод построения контроллера импульсного преобразователя постоянного напряжения на основе применения последовательного кода максимальной частоты, обеспечивающий повышенную частоту переключения и высокую стабильность выходного напряжения.

5. Разработан метод построения высокоточного компаратора с возможностью детектирования отрицательных уровней напряжения на основе сравнения токов соответствующих разнице входных и опорных напряжений. Предложенные методы характеризуются

преимущественным использованием цифровых схем и поэтому могут лежать в основе перспективных микроэлектронных изделий, изготовленных по современной технологии.

Моделирование функциональных узлов и устройств, разработанных по предложенным в диссертации методам, показало высокую стабильность выходного напряжения ИВЭП.

Результаты работы внедрены и легли в основу серийно выпускаемых микросхем защиты литиевых аккумуляторов КБ1446ВГЗ, КБ1446ВГ6, что подтверждено актом о внедрении. Достоверность разработанных методов и решений подтверждена результатами экспериментальных исследований тестовых образцов различных источников вторичного электропитания (таких как преобразователи постоянного напряжения, источники опорного напряжения и т.д.) и серийных микросхем защиты литиевых аккумуляторов.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Эннс A.B. Проектирование высокоточных КМОП источников опорного напряжения с пониженным напряжением питания. // В сборнике тезисов докладов 14-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов

«Микроэлектроника и информатика - 2007». М. - 2007. - С. 84.

2. Эннс A.B., Кобзев Ю.М. Проектирование высокоточных КМОП источников опорного напряжения второго порядка. // В сборнике материалов Международной научной конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения». - М. - 2007. - С. 238-242.

3. Эннс A.B. КМОП источник опорного напряжения с кусочно-линейной коррекцией. // В сборнике тезисов докладов 1-ой окружной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. - М. - Зеленоград. - 2009. - С. 40.

4. Никулин А.О., Эннс A.B., Эннс В.И. Радиационно-стойкие КМОП источники опорного напряжения. // В сборнике тезисов докладов 17-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2010». - М. - 2010. - С. 94.

5. Эннс A.B. Метод кусочной аппроксимации температурной зависимости источника опорного напряжения. // Изв. Вузов. Электроника. - М. - 2010 - № 4,- С. 52-57.

6. Эннс A.B., Эннс В.И. Реализация метода кусочной аппроксимации источника опорного напряжения. // В сборнике тезисов докладов Международной научно-технической конференции «Проектирование систем на кристалле: тенденции развития и проблемы». - М. - 2010. - С. 68.

7. Кобзев Ю.М., Фролов Д.П., Эннс A.B., Эннс В.И., Осокин С.А. Радиационно-стойкий аналого-цифровой БМК К1451БК1У: состав и возможности проектирования. // Труды ФГУП «НПЦ АП». -М. -2010. -№4. - С. 17-23.

8. Эннс A.B. Эннс В.И. Микросхемы защиты литий-ионных аккумуляторов. //. Изв. Вузов. Электроника. - М. - 2011. - №2. -С. 27-32.

9. Эннс A.B., Эннс В.И. Интегральный контроллер импульсного источника питания с высокой частотой переключения. // В сборнике тезисов докладов 18-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2011». -М. -2011. - С. 98.

Подписано в печать:

Заказ № '°ЗТираж 100 экз. Уч.-изд.л. <. V Формат 60x84 1/16. Отпечатано в типографии МИЭТ. 124498, Москва, МИЭТ.

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.

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.

Актуальной также является разработка функциональных узлов ИВЭП с высокой стабильностью выходного напряжения, в основе которых лежит преимущественное использование цифровых схем.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методов проектирования, анализе и схемотехнической реализации функциональных узлов интегральных контроллеров источников вторичного электропитания с высокой стабильностью выходного напряжения.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ контроллеров ИВЭП различных типов с целью выявления функциональных узлов, определяющих стабильность выходного напряжения.

2. Разработать метод построения источников опорного напряжения (ИОН) с высокой стабильностью выходного напряжения в расширенном диапазоне температур.

3. Разработать метод настройки предложенных источников опорного напряжения с высокой стабильностью выходного напряжения применимый в условиях массового производства.

4. Разработать методику проектирования времязадающих цепей высокой точности для контроллеров ИВЭП с множеством состояний и сложной временной диаграммой.

5. Разработать метод построения контроллера импульсного преобразователя постоянного напряжения, обеспечивающий повышенную частоту переключения при высокой стабильности выходного напряжения.

6. Разработать метод построения высокоточного компаратора с возможностью детектирования отрицательных уровней напряжения.

7. Провести экспериментальную проверку разработанных методов и решений на примере проектирования, изготовления и исследования полученных характеристик ряда микросхем контроллеров источников вторичного электропитания.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. На основе исследования температурной зависимости выходного напряжения источников опорного напряжения первого порядка разработан метод построения ИОН с использованием кусочной аппроксимации.

2. Разработан метод настройки такого источника опорного напряжения, основанный на последовательном вычислении коэффициентов усиления.

3. Установлены и исследованы зависимости нестабильности времязадающих цепей от их параметров, на базе зависимостей разработана методика проектирования контроллеров ИВЭП с множеством состояний и сложной временной диаграммой, которая основана на использовании связанных линий задержки.

4. На основе предложенной модели анализа дискретных сигналов в индуктивной цепи разработан метод построения контроллера импульсного преобразователя постоянного напряжения с применением последовательного кода максимальной частоты.

5. Разработан метод построения высокоточного компаратора с возможностью сравнения отрицательных уровней входных напряжений, основанный на сравнении токов, соответствующих разнице входных и опорных напряжений.

Практическая ценность работы.

1. На основе анализа функциональных узлов интегральных контроллеров ИВЭП выявлены две группы узлов, которые влияют на стабильность выходного напряжения. Показано, что повышение стабильности выходного напряжения узлов первой группы может быть достигнуто путем совершенствования проектирования топологии и относительного увеличения топологических размеров элементов. Повышение стабильности выходного напряжения узлов второй группы можно достичь за счет новых схемотехнических и конструктивных решений, которые рассмотрены в диссертационной работе.

2. Метод построения источника опорного напряжения, основанный на кусочной аппроксимации, позволяет повышать стабильность выходного напряжения ИВЭП в расширенном температурном диапазоне.

3. Метод настройки источника опорного напряжения, основанного на кусочной аппроксимации, позволяет настраивать такой ИОН, в том числе в условиях массового производства посредством последовательного вычисления коэффициентов усиления.

4. Методика проектирования контроллеров ИВЭП с множеством состояний и сложной временной диаграммой на основе использования связанных линий задержки позволяет проектировать времязадающие цепи в источниках вторичного электропитания с повышением стабильности выходного напряжения ИВЭП.

5. Метод построения контроллера импульсного преобразователя постоянного напряжения на основе применения последовательного кода максимальной частоты обеспечивает повышение частоты переключения и высокую стабильность выходного напряжения. Повышение частоты переключения позволяет уменьшать габариты индуктивных элементов, что делает возможным интеграцию этих элементов в одном корпусе.

6. Метод построения высокоточного компаратора с возможностью детектирования отрицательных напряжений позволяет достигать высокой стабильности выходного напряжения компаратора при отрицательных уровнях входных напряжений.

7, Внедрение разработанной серии источников вторичного электропитания позволяет снизить себестоимость и улучшить эксплуатационные характеристики широкого спектра интегральных контроллеров . ИВЭП бытового, промышленного и военного назначения.

Внедрение. Результаты работы внедрены и легли в основу серийно выпускаемых микросхем защиты литиевых аккумуляторов КБ1446ВГЗ, КБ1446ВГ6, что подтверждено актом о внедрении.

Достоверность результатов.

Достоверность разработанных методов и решений подтверждена результатами экспериментальных исследований тестовых образцов различных источников вторичного электропитания и серийных микросхем защиты литиевых аккумуляторов.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Проектирование источника опорного напряжения с использованием кусочной аппроксимации позволяет создавать ИОН с высокой стабильностью выходного напряжения в расширенном температурном диапазоне.

2. Метод настройки ИОН с кусочной аппроксимацией на основе последовательного вычисления коэффициентов усиления позволяет настраивать такой источник опорного напряжения посредством измерения источника при одной температуре.

3. Методика проектирования контроллеров ИВЭП, основанная на использовании связанных линий задержки, позволяет сделать выбор способа построения времязадающих цепей, что повышает стабильность выходного напряжения контроллеров источников вторичного электропитания с множеством состояний и сложной временной диаграммой.

4. Метод построения контроллеров ИВЭП, основанный на использовании последовательного кода максимальной частоты, позволяет проектировать контроллеры импульсных преобразователей постоянного напряжения с увеличенной частотой переключения управляющего ключа и повышенной стабильностью выходного напряжения.

5. Метод построения компараторов, основанный на сравнении токов, соответствующих разнице входных и опорных напряжений позволяет проектировать интегральные компараторы с повышенной точностью сравнения отрицательных уровней входных напряжений при использовании только положительных источников напряжения.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 6 научно-технических конференциях, в том числе на международной научно-технической конференции «Проектирование систем на кристалле: тенденции развития и проблемы» в 2010 году и на 18-ой всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2011».

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 3 статьях и тезисах 6 докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка используемой литературы. Диссертация изложена на 128 листах основного текста, содержит 83 рисунка и 11 таблиц к основному тексту, списка литературы из 104 наименований.

Результаты работы внедрены и легли в основу серийно выпускаемых микросхем защиты литиевых аккумуляторов КБ1446ВГЗ, КБ1446ВГ6, что подтверждено актом о внедрении. Достоверность разработанных методов и решений подтверждена результатами экспериментальных исследований тестовых образцов различных источников вторичного электропитания (таких как преобразователи постоянного напряжения, источники опорного напряжения и т.д.) и серийных микросхем защиты литиевых аккумуляторов.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В процессе выполнения работы предложены методы и решения, которые позволяют существенно улучшить технико-экономические показатели источников вторичного электропитания.

1. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2005. 528 с.

2. ГОСТ 23413-79. Средства вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения.

3. Mohan N., Undeland Т., Robbins W. Power electronics: converters, application, and design. New York: John Wiley & Sons, 1995. 802 p.

4. Моин B.C., Лаптев H.H. Стабилизированные транзисторные преобразователи. M.: Энергия, 1972. 512 с.

5. Ромаш Э.М. Транзисторные преобразователи в устройствах питания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Энергия, 1975. 175 с.

6. Микросхемы для линейных источников питания и их применение. М.: Додэка, 1996. 288 с.

7. Simpson Ch. Linear Regulators: Theory of Operation and Compensation // Application Note 1148. National Semiconductor, May 2000. 8 p.

8. Костиков В.Г. Парфенов E.M. Шахнов B.A. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для ВУЗов. М.: Горячая линия — Телеком, 2001. 344 с.

9. LM325 Dual Voltage Regulator Obsolete., National Semiconductor. URL: http ://www.national.com/opf/LM/LM325 .html.

10. Ромаш Э.М., Драбович Ю.И., Юрченко Н.И. и др. Высокочастотные транзисторные преобразователи. М.: Радио и связь, 1988. 288 с.

11. Байтурсуйнов В., Иванов В., Панфилов Д. Повышение КПД понижающих конверторов при синхронном выпрямлении // Chip news. 1999. № 2. С. 2 11.

12. Sum К.К. Switch mode power conversion basic, theory, and design. New York: Marcel Dekker, 1984. 324 p.

13. Северне P., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. М.: Энергоатомиздат, 1988. 294 с.

14. Букреев С.С. Принципы проектирования активных сглаживающих фильтров. В кн.: Электронная техника в автоматике / Под ред. Ю.И. Конева. М.: Советское радио, 1974. Вып. 6. С. 23 - 32.

15. Злакоманов В.В., Яковлев Б.С. Взаимодействие динамических систем с источниками энергии. М.: Энергия, 1980. 208 с.

16. Cuk S. General Topological Properties of Switching Structures // Power Electronics Specialists Conference Record. June 1979. P. 109- 130.

17. Simonetti D.S.L., Sebastian J., Uceda J. The discontinuous conduction mode sepic and cuk power factor preregulators: Analysis and design // IEEE Trans. Industrial Electronics. October 1997. Vol. 44, № 5. P. 630-637.

18. Jozwick J.J., Kazimierczuk M.K. Dual sepic PWM switching-mode DC/DC power converter // IEEE Trans, on Industrial Electronics. February 1989. Vol. 36, № l.p. 64-70.

19. Cuk S.M. Modeling, analysis, and design of switching converters // Ph. D. thesis. California Institute of Technology, November 1976.

20. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Издание 2-е. М.: ДОДЭКА, 2000. 608 с.

21. МАХ15000, МАХ15001 Current-Mode PWM Controllers with Programmable Switching Frequency. Maxim Integrated Products. URL: http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/3827.

22. Todd P.C. UC3854 Controlled Power Factor Correction Circuit Design // Application Note V-134. Texas Instruments Incorporated, 1999. 21 p.

23. CS51221: Enhanced Voltage Mode PWM Controller for Forward or Flyback. ON Semiconductor. URL: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do? id=CS51221.

24. MC33060A: Fixed Frequency, Single Ended, Voltage Mode PWM Controller. ON Semiconductor. URL: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do? id=MC33060A.

25. МС33025: Up-to-1 MHz Dual Output (Push-pull or H-Bridge) Voltage-or-Current-Mode PWM Controller. ON Semiconductor. URL: http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=MC33025.

26. Modeling, Analysis and Compensation of the Current-Mode Converter // Application Note V-97. Texas Instruments Incorporated, 1999. 7 p.

27. Dixon L. Average Current Mode Control of Switching Power Supplies // Application Note V-140. Texas Instruments Incorporated, 1999. 15 p.

28. Вдовин C.C. Проектирование импульсных трансформаторов. 2-е изд. JI: Энергоатомиздат, 1991. 208 с.

29. Сидоров И.Н., Скорняков С.В. Трансформаторы бытовой радиоэлектронной аппаратуры. М: Радио и связь, 1994. 320 с.

30. NCP1014: Self-Supplied Monolithic Switching Regulator for Low Standby-Power Offline SMPS. ON Semiconductor. URL: http://www.onsemi.com/ PowerS olutions/product.do?id=NCP 1014.

31. LM3444 AC-DC Offline LED Driver. National semiconductor. URL: http://www.national.com/pf/LM/LM3444.html.

32. Universal High Brightness LED Driver 1С. Supertex inc. URL: http://www.supertex.com/FeatureHV991 OB.html.

33. Overview Battery Protection 1С for Single Cell-Pack S-8241 Series. Seiko Instruments Inc. URL: http://www.sii-ic.com/en/productl.jsp?subcatID=5& productID=389.

34. R5400N Series. Li-ion/polymer ICell Protector. Ricoh Global. URL: http://www.ricoh.com/LSI/productjpower/bmu/r5400/index.html.

35. ГОСТ P 52907-2008. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения.

36. Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1981. 224 с.

37. Rincon-Mora G.A. Voltage References. The USA: IEEE Press, 2002. 168 p.

38. Grebene A.B. Bipolar and VOS Analog Integrated Circuits Design. New York: John Wiley and Sons, 1984. 510 p.

39. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1967. 615 с.

40. Norton P., Brandt I. Temperature Coefficient of Resistance for p- and n-type Silicon // Solid State Electronics. 1978. Vol. 2h P. 969 974.

41. Hastings A. The Art of Analog Layout. New Jersey: Prentice-Hall; Inc., 2001. 539 p.

42. Эннс В.И.1, Кобзев Ю.М: Проектирование аналоговых КМОП -микросхем: Краткий справочник разработчика. М.: Горячая линия Телеком, 2005. 454 с.

43. Shyu J.B., Temes G.C., Krummenacher F. Random Error Effects in Matched MOS Capacitors and Current Sources // IEEE J. Solid-State Circuits. 1981. Vol. SC-19, №6. P. 608-616.

44. Lane W. A., Wrixon G.T. The Design of Thin-Film Polysilicon Resistors for Analog 1С Applications // IEEE Trans, on Electron Devices. 1989. Vol. 36, №4. P. 738-744.

45. Hibbeler R.C. Engineering Mechanics: Statics. 4th ed. New York: Macmillian Publishing Co., 1998. 435 p.

46. Thomas R.E. Stress-Induced Deformation of Aluminium Metalization in Plastic Molded Semiconductor Devices // IEEE Trans. On Components, Hybrids, and Manufacturing Technology. 1985. Vol. CHMT-8, № 4. P. 427-434.

47. Tsividis Y. Mixed Analog-Digital VLSI Devises and Technology. New York: McGraw-Hill, 1997. 233 p.

48. McNutt M.J., LeMarquis S., Dunkley J.L. Systematic Capacitance Matching Errors and Corrective Layout Procedures // IEEE J. Solid-State Circuits. 1994. Vol. 29, №5. P. 611-616.

49. Kanda Y. A Graphical Representation of the Piezoresistance Coefficients in Silicon // IEEE Trans, on Electron Devices. 1982. Vol. ED-29, №1. P. 64 70.

50. Amerasekera A., Abeelen W., Roozendaal L., Hannemann V., Schofield P. ESD Failure Modes: Characteristics, Mechanisms, and Process Influences // IEEE Trans. Election Devices. 1972. Vol. 39; № 5. P. 597 603.

51. Snow E.H., Deal B.E. Polarisation Phenomena, and Other Properties of Phosphosilicate Glass Films on Silicon // J. Electrochem. Soc., 1966. Vol. 113, № 3. P. 263-269.

52. Tuinhout H., Pelgrom M., Vries R.P., Vertregt M. Effects of Metal Coverage on MOSFET Matching // IEDM, 1996. P. 735 738.

53. Yamakido K., Suzuki Т., Shirasu H., Tanaka M., Yasunari K., Sakaguchi J., Hagawara S. A single-chip CMOS filter/CODEC // IEEE J. Solid-State Circuits. 1981. Vol. SC-16. P. 302-307.

54. Достал И. Операционные усилители. Пер. с англ. М.: Мир, 1982, 512 с.

55. Самойлов JI.K. Устройства задержки информации в дискретной технике. М.: Сов. радио, 1973. 255 с.

56. МАХ668, МАХ669 1.8V to 28V Input, PWM Step-Up Controllers in p,MAX. Maxim Integrated Products. URL: http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/ id/1901.

57. MAX520, MAX521 Quad/Octal, 2-Wire Serial 8-Bit DACs with Rail-to-Rail Outputs. Maxim Integrated Products. URL: http://www.maxim-ic.com/datasheet/ index.mvp/id/1251/t/al.

58. LM2711 Step-up PWM DC/DC Converter Integrated with 4 Buffers Obsolete. National semiconductor. URL: http://www.national.com/opf/LM/LM2711 .html.

59. Пушкарев M. Микросхемы импульсных понижающих стабилизаторов. Эволюция схемотехники // Компоненты и технологии. 2008. №2. С. 83-90.

60. Reay R.J., et. al. A micromachined low-power temperature-regulated bandgap voltage reference // IEEE J. of Solid-State Circuits. December 1995. Vol. 30, № 12. P. 1374-1381.

61. Kenyon R. A Quick Guide to Voltage References //EDN. April 13, 2000. № 8, P.161-167.

62. Эннс А.В., Еобзев Ю.М. Проектирование высокоточных КМОП источников опорного напряжения? второго; порядка; // Международная научная конференция «Фундаментальные: проблемы радиоэлектронного приборостроения»; 2007. - Mi- G. 238-242.

63. Gunawan М. et. al. A Curvature-Corrected Low-Voltage Bandgap Reference // IEEE Journal of Solid-State: Circuits. June 1993 . Vol.28, №6. P. 667 670:

64. Tsividis Y.P. Accurate Analysis of Temperature Effects in Ic Vbe Characteristics with Application to Bandgap Reference Sources // IEEE J; of SolidState Circuits. December, 1980; Vol. SC-15, N° 6. P. 1076-1084.

65. Эннс A.B:, Эннс В .И. Реализация метода кусочной аппроксимации источника; опорного напряжения // Международная, научно-техническая конференция «Проектирование; систем на кристалле: тенденции развития и проблемы». М. - 2010. - С. 68.

66. Robert P. The design-of band-gap reference circuits: trials and tribulations // IEEE 1990 bipolar circuits and technology meeting. .1974. P: 214-218.

67. Марше Ж. Операционные усилители и их применение. Пер. с франц. Л.: Энергия, 1974. 216 с.

68. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В трех томах. T.I. М.:. Мир, 1993. 413 с.

69. Helfenstein М; et. al. 90 dB, 90 Mhz, 30 mW OTA with the Gain-Enhancement Implemented by One- and Two-Stage Amplifiers // Proceedings IEEE International; Symposium on Circuits and Systems. 1995. Vol. 3, P. 1732 — 1735.

70. Полонников Д.Е. Операционные усилители: Принципы построения, теория, схемотехника. М.: Энергоатомиздат, 1983. 216 с.

71. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 456 с.

72. Voltage references. Maxim Integrated Products. URL: http://www.maxim-ic.com/products/references.

73. Kim J., Horowitz M.A. An efficient digital sliding controller for adaptive power supply regulation // IEEE J. of solid-State Circuits. May 2002. Vol. 37. P. 639-647.

74. Martin T.W., Ang S.S. Digital control for switching converters // IEEE ISIE. '95. Jul. 1995. Vol. 2. P.480-484.

75. Stratakos A., Sanders S., Brodersen R. A low-voltage dc-dc converter for a portable battery-operated system // IEEE power Electronics Conf. April 1994. P. 619-626.

76. Kuroda Т., Suzuki K., Mita S. Variable supply-voltage scheme for low-power high speed CMOS digital design // IEEE J. Solid-State Circuits. March 1998. Vol. 33. P. 454-462.

77. Patella B.J., Prodic A., Ziger A., Masimovic D. High-frequency digital PWM controller 1С for DC-DC converter // IEEE Trans. On Power Electronics. January 2003. Vol.18. P.438-446.

78. Yue C.P., Wong S.S. On-Chip Spiral Inductors with Patterned Ground Shields for Si-Based RF IC's // IEEE Journal Of Solid-State Circuits. May 1998. Vol. 33, №. 5. P. 743-752.

79. PFM Step-up DC/DC Converter Series. Holtek Semiconductor. URL: http://www.holtek.com/english/products/power8.htm.

80. Lukic Z., Rahman N., Prodic A. Multibit £-A PWM digital controller 1С for dc-dc converters operating at switching frequencies beyond 10 MHz // IEEE Transaction on power electronics. September 2007. Vol. 22, No. 5. P. 1693 1707.

81. Hoon S.K., Maloberti F., Chen J. A low-power digital PWM DC/DC converter based on passive Sigma-Delta modulator // proc. Of the IEEE International Symposium on Circuits and Systems, ISCAS. 23-26 May 2005. Kobe. Vol. 4, P. 3873-3876.

82. Hirota A., Nagai S., Nakaoka M. A nowell delta-sigma modulated DC-DC power converter utilizing dither signal // IEEE PESC '00. Jun. 2000. Vol.2. P. 831 -836.

83. Dancy A.P., Amirtharajah R., Chandrakasan A.P. High-efficiency multiple-output dc-dc conversion for low-voltage systems // IEEE transaction on VLSI systems. June 2000. Vol. 8, No.3. P. 252-263.

84. Аллен Ф., Санчес-Синенсио Э. Электронные схемы с переключаемыми конденсаторами. М.: Радио и связь, 1989. 576 с.

85. Isolated power HV PWM Controllers, MOSFET Drivers, and Power over E. National Semiconductor. URL: http://www.national.com/analog/power/ isolatedpowercontrol.

86. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1983. 320 с.

87. Johns D., Martin К. Analog Integrated Circuit Design. New York: John Wiley & Son Inc., 1997. 706 p.

88. Overview Battery Protection 1С for 1 to 4 Cells (Secondary Protection) S-8244 series. Seiko Instruments Inc. URL: http://www.sii-ic.com/en/ product 1 .j sp?subcatID=5 &productID=3 84.

89. R5471K Series. Ricoh Global. URL: http://www.ricoh.com/LSI/ productpower/bmu/r5471/index.html.

90. Скундин A.M. Литий-ионные аккумуляторы: современное состояние, проблемы и перспективы // Электрохимическая энергетика. 2001. т.1. С. 5 — 15.

91. Lithium Batteries: Science and Technology / Editors: Glocham-Abbas Nazri and Gianfranco Pistoia. New York: Kluwer Academic Publishers, 2004. 708 p.

92. Xu K. Nonaqueous Liquid Electrolytes for Lithium-Based Rechargeable Batteries // Chem. Rev. 2004. Vol. 104. P. 4303-4417.

93. Battery Protection 1С for 1-Cell Pack S-8211C series. Seiko Instruments Inc.

94. URL: http://www.sii-ic.com/en/productl .jsp?subcatID=5&productID=l794.

95. Tirado J.L. Inorganic materials for the negative electrode of lithium-ion batteries: state of the art and future prospects // Materials Science and Engineering. 2003. R40. P. 103-136.

96. Хрусталёв Д.А. Аккумуляторы. M.: Изумруд, 2003. 224 с.

97. R5405x Series. Ricoh Global. URL: http://www.ricoh.com/LSI/ productpower/bmu/r5405/index.html.

98. NE57600 One-cell Lithium-ion battery protection with over/undercharge and overcurrent protection. Philips Semiconductors. URL: http://www.nxp.com/ documents/datasheet/NE576002.pdf

99. Эннс A.B. Эннс В.И. Микросхемы защиты литий-ионных аккумуляторов. // Известия Вузов. Электроника. 2011. №2. С. 27 32.

100. Фридман А., Менон П. Теория и проектирование переключательных схем. М.: Мир, 1978. 580 с.

101. Авербух В. Д. и др. Операционные усилители и компараторы. М.: Додэка-ХХ1, 2001. 56 с.

102. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «АНГСТРЕМ»-утверждаю"с, /\/

103. Ге1|ераХьШи»'Д1Гр,е#Н)р ОАО «Ангстрем»1. Ш 'Ш ш.1. Дшхунян В.Л.2010 г.1. АКТоб использовании результатов кандидатской диссертационной работы Эннса Александра Викторовича

104. Методики построения источника опорного напряжения.

105. Методики построения встроенного стабилизатора напряжения.

106. Оптимизации алгоритма подстройки параметров ИС.

107. Методики оптимизации времязадающих цепей ИС.

108. Методики оптимизации внутреннего цифрового контроллера ИС.

109. Использование указанных результатов позволило спроектировать массово выпускаемую серию микросхем защиты литий-ионных аккумуляторов, которые обладают высокими технико-экономическими показателями и оптимизировать их характеристики и площадь.

110. Экономический эффект за время использования результатов диссертации составил 1250000 (Один миллион двести пятьдесят тысяч) рублей,-или 100000 (Сто тысяч) рублей в месяц.

111. Председатель комиссии: Зам. Генеральног^Дире^тора по производству1. О «Ангстрем»ирсктор по внешнему рынку ОАО «Ангстрем» Мангасарян Н.Б. Начальник отделения ОАОл^ТШтеем» Романов A.A.Г