升压型电流模式的PWM开关电源芯片研究与设计

论文摘要

本论文的设计工作来源于上海龙鼎微电子公司的项目“同步Boost转换器”,主要对小电流同步升压型开关电源的工作原理进行理论研究并设计实现。本文全面而系统地研究了升压型DC/DC转换器的基本工作原理与相关控制方式,为本芯片系统的设计与实现提供了理论指导。论文对升压型DC/DC转换器的系统稳定性做了深入的研究与计算,提出了芯片内部的频率补偿电路方案,并设计了内部频率补偿电路来代替芯片外部的RC补偿网络,并基于Cadence Spectre仿真平台的Verilog-AMS验证了系统的稳定性,该方案对其它模拟IC设计有很好的借鉴意义。该芯片采用电流模脉宽调制控制方案,大大提高了芯片的电源电压和负载变化的瞬态响应性能,并且设计了动态斜坡补偿电路以消除电流模DC/DC转换器中开环不稳定的缺点。本文还设计了内置软启动电路,避免了启动过程的大电流。同时,采用同步整流技术,在提高效率的同时节省了PCB板的面积。当负载电流减小时,系统会自动进入skip-pulse状态来提高系统的效率。另外芯片有了欠压保护、过压保护、过流保护、过温保护等多种功能。整个电路基于某公司0.6μm 40V BCD工艺设计,基于Cadence Spectre完成了整体电路前仿真验证。仿真结果表明,电路功能和性能指标均已达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 模拟集成电路设计与BCD工艺技术
• 1.2 国内外关于电源管理IC研究的现状及趋势
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 开关电源变换器基本原理
• 2.1 开关电源变换器的类型与特点
• 2.2 BOOST型变换器工作原理分析
• 2.2.1 工作原理
• 2.2.2 电感电流连续模式（CCM）
• 2.2.3 电感电流断续模式（DCM）
• 第三章 开关电源系统的控制原理
• 3.1 开关电源的反馈控制方式
• 3.1.1 电压控制方式与电流控制方式
• 3.1.2 PFM控制方式与PWM控制方式
• 3.2 系统的稳定性及补偿原理
• 第四章 芯片系统的研究与设计
• 4.1 本芯片的总体性能要求
• 4.1.1 芯片整体功能描述
• 4.1.2 芯片特点
• 4.1.3 芯片设计参数指标
• 4.2 系统的结构及设计考虑
• 4.2.1 系统控制方式的选择
• 4.2.2 斜波补偿的考虑
• 4.2.3 系统的频率补偿
• 4.2.4 系统的效率
• 4.2.5 开关电源系统的相关关键技术
• 4.3 芯片的系统设计
• 4.3.1 芯片的典型应用电路及引脚描述
• 4.3.2 芯片的系统结构框图及工作原理
• 第五章 系统的电路设计与仿真
• 5.1 电压基准模块
• 5.2 误差放大器
• 5.3 振荡器
• 5.4 PWM比较器
• 5.5 电流采样及斜波补偿电路
• 5.6 过温保护模块
• 第六章 系统整体电路仿真验证
• 1. 整体功能验证与分析
• 2.瞬态响应
• 3.线性调整率响应
• 4.OVP 功能实现
• 5.skip-pulse 的功能仿真
• 6.设计规格与仿真验证对比分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果