论文总字数：14678字

摘 要

植入式医疗器件种类繁多，各自工作方式、工作电压不尽相同，要求供电系统具有优异的电源管理能力，能适应不同的负载需求，提供高效稳定的电能输出。应用环境决定了植入式医疗器件的供电系统需具有高集成度、低功耗、高效率等特点，而生物燃料电池的开路输出电压较低这一特性还要求供电系统能够低压启动和稳定工作。

本文将提出设计一款电源管理芯片，可以适用于实际的电路方案中，首先对开关电源管理芯片的整体进行把控，对开关电源的结构进行了选择，反馈模式，以及关键电路的设计。通过cadence spectre仿真软件对设计的模块电路进行功能和性能仿真，使芯片内部的各个部分达到设计要求。

关键词：电源管理芯片、保护电路、生物燃料电池

The biological fuel cell power management chip

Abstract

There are many kinds of implantable medical devices, and their working modes and voltages are different. It is required that the power supply system has excellent power management ability, can adapt to different load requirements, and provide efficient and stable power output. The application environment determines that the power supply system of implantable medical devices should have the characteristics of high integration, low power consumption and high efficiency. The low open-circuit output voltage of biofuel cells also requires that the power supply system can start at low voltage and work stably.

In this paper, a power management chip is proposed, which can be applied to the actual circuit scheme. Firstly, the whole switching power management chip is controlled, the structure of the switching power supply is selected, the feedback mode and the design of the key circuit are given. The function and performance of the designed module circuit are simulated by cadence spectre simulation software, so that each part of the chip can meet the design requirements.

Keywords:power management chip, protection circuit, biofuel cell

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 选题背景 1

1.2 生物燃料电池 1

1.2.1 生物燃料电池原理 1

1.2.2 我国生物燃料电池发展历程 1

1.2.3 生物燃料电池现代应用 1

1.3 电源管理芯片 2

第二章 电源管理芯片原理 3

2.1 电源管理芯片的基本原理 3

2.1.1 隔离式电路的类型 3

2.1.2 非隔离室电路的类型 4

2.2 电源管理芯片的调制模式 5

2.2.1 PWM调制方式 6

2.2.2 PFM调制方式 6

2.3 电源管理芯片的反馈模式 6

2.3.1 电压反馈模式 6

2.3.2 电流反馈模式 7

第三章 电源管理芯片的核心电路的设计和仿真 8

3.1 带隙基准电压电路的设计和分析 8

3.1.1 带隙基准电路的原理 8

3.1.2 带隙基准电路的电路仿真与分析 9

3.2 过压保护电路的设计与分析 13

3.3 过温保护电路的分析与设计 14

第四章 电源管理芯片的系统结构设计 17

第五章 总结 19

致 谢 20

参考文献 21

第一章 引 言

1.1 选题背景

随着医学、生物医学与电子信息技术不断地融合发展，植入式医疗器件的临床应用日益广泛，其植入生命体后用于代替功能丧失的器官工作、测量生命体的各种参数或参与疾病的治疗，如调整心律的心脏起搏器、糖尿病监控的血糖仪、辅助听力的电子耳蜗及治疗各种神经疾病的激励系统等，给患者带来了巨大福音。植入式医疗器件都离不开稳定高效的电能供应，如何获取长期稳定高效的电能是设计植入式医疗器件的一个重要制约因素。目前，临床中大量使用的供能电源为锂电池，其技术成熟，具有输出电压较高，体积较小等优点，然而当其电能耗尽时，需手术更换，不仅使得医疗成本升高，也给患者带来新的痛苦。

生物燃料电池具有能量转化效率高、操作条件温和、结构简单等优点，被认为是极具应用前景的植入式医疗器件供电方式。植入式医疗器件种类繁多，各自工作方式、工作电压不尽相同，要求供电系统具有优异的电源管理能力，能适应不同的负载需求，提供高效稳定的电能输出。应用环境决定了植入式医疗器件的供电系统需具有高集成度、低功耗、高效率等特点，而生物燃料电池的开路输出电压较低这一特性还要求供电系统能够低压启动和稳定工作。

1.2 生物燃料电池

1.2.1 生物燃料电池原理

为了更好的对生物燃料电池有着深刻的理解和认知，必须对它的基本原理有着深层次的才认识才可以去研究它的发展。顾名思义生物燃料电池就是利用微生物的本身难过的能量转化为电能的一种装置。问题是如何将生物的身上的能量换为所需要的电能，就是可以利用体内的氧化还原反应，通过这一过程得到所需的电能。

1.2.2 我国生物燃料电池发展历程

目前我国生物燃料的主要来源是玉米和甘蔗的生产，因为这些植物在我国是高的，有许多植物，适合糖和燃料的需要，生物燃料是高质量的。生物燃料，特别是吩噻嗪、吩噻嗪和吲哚酚的合成培养基中，还存在一些微生物，可以合成铜绿假单胞菌，介导如何合成绿色和绿色的聚氰基氢氯噻嗪，甲酰胺和其他物质不仅可以使用，而且可以通过其他微生物多年前，有学者在植物叶绿体菠菜中的蛋白质被分解成小的设备，产生电，电导率和电气设备的寿命，但只有21天。虽然结果令人不满意，但随着研究和创新的发展，电能转化为生物燃料电池，进一步改进的能量转换可以超越太阳能电池。近年来，我国生物燃料电池发展迅速，数据显示，中国已成为当今中国最大的潜在的燃料电池马力超过发明燃料电池世界。

1.2.3 生物燃料电池现代应用

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