基于可调模拟反馈的Buck型DC/DC变换器的设计

论文摘要

目前,各种电子便携式产品,如手机、数码相机、MP3、MP4等的需求量迅速增长。这些产品的增长对于电源管理芯片,特别是DC/DC变换器的需求将进一步扩大。本文基于便携式电子产品电源需求出发,设计了一款基于可调模拟反馈的Buck型DC/DC变换器。本文在传统的PWM电压模式调制DC/DC变换器结构基础上,对PWM控制电路进行改进,增加了一路模拟反馈环路,该反馈环路通过鉴相器和电荷泵电路使三角波发生电路和误差放大器至于环路反馈控制中,并且把三角波发生电路和误差放大器结合起来采用求和比较器的形式,并通过电压-电流转换电路把误差电压转化为电流对电容充放电而产生三角波信号,这个反馈环路采样输出电压反馈控制三角波的充电时间,从而调节PWM信号的占空比,因此这个反馈环路增强了变换器的输出稳定性,提高了变换器对输出电压的响应速度,并且简化了设计结构,减少了变换器的版图面积。该DC/DC变换器输入电压范围为3.3V-5.0V,输出分两路输出,分别供芯片模拟电路和数字电路,最大输出电流分别为120 mA和300mA,输出电压在1.53V-2.05V范围内可调,变换器的开关频率为1 MHz。仿真结果表明该变换器的效率最高达94.79%。变换器整体综合仿真结果表明了变换器设计结果的正确性,最后采用UMC的0.18微米工艺实现了变换器的版图,并送出流片。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及其研究意义
• 1.2 便携式电子设备电源系统的现状和发展趋势
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 便携式电子设备电源方案
• 1.2.3 便携式电子设备电源的发展趋势
• 1.3 本文主要工作和章节安排
• 第二章 电路整体结构设计
• 2.1 DC/DC 变换器的拓扑结构
• 2.2 Buck 型变换器基本原理
• 2.2.1 电路组成
• 2.2.2 工作原理
• 2.3 开关电源的控制方式
• 2.3.1 PWM 调制
• 2.3.2 PFM 调制
• 2.3.3 改进型调制
• 2.4 整体结构设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 模块电路设计
• 3.1 带隙基准电压电路设计
• 3.1.1 与温度无关的基准
• 3.1.2 带隙基准运算放大器设计
• 3.1.3 带隙基准启动电路设计
• 3.1.4 带隙基准电路的仿真
• 3.2 PWM 控制电路设计
• 3.2.1 PWM 控制电路结构及其工作原理
• 3.2.2 鉴相器和电荷泵电路设计
• 3.2.3 比较器设计
• 3.2.4 三角波发生电路设计
• 3.2.5 本节小结
• 3.3 24M 时钟电路和分频电路设计
• 3.3.1 常用振荡电路
• 3.3.2 石英晶体振荡电路
• 3.3.3 24M 时钟电路和分频电路设计
• 3.3.4 24M 时钟电路和分频电路仿真结果
• 3.4 参考电压电路设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 DC/DC 变换器整体电路仿真
• 4.1 电路仿真结构
• 4.2 变换器的启动过程
• 4.3 变换器的稳定性
• 4.3.1 输入电压跳变
• 4.3.2 输入电压扫描
• 4.3.3 负载电流变化
• 4.3.4 本节小结
• 4.4 关断过程
• 4.5 输出电压调节
• 4.6 输出负载电流扫描
• 4.7 本章小结
• 第五章 版图的设计和实现
• 5.1 版图设计注意事项
• 5.1.1 版图的对称性
• 5.1.2 减小寄生参数
• 5.1.3 闩锁效应
• 5.1.4 天线效应
• 5.2 版图的设计结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文