PFM高效低压低功耗升压变换器设计

论文摘要

小型化和多功能是便携式电子产品的发展趋势,因此要求DC/DC转换器具有高效率、低静态电流、小的芯片面积和低成本等特性。因此,在现代电子产品中,为保证系统稳定、可靠地工作,通常采用DC-DC开关变换器来提供工作电压。在对PFM、boost原理研究的基础上,论文采用0.5μm标准CMOS工艺设计了一种具有宽输入输出电压范围和低工作电压的高效同步整流升压变换器。输入电压范围为1.1V～5.5V,输出电压根据FB的不同连接方法可以得到分别为3.3V、5V、1.8V～5.5V三种规格。在200mA负载但无开关动作的情况下,静态电流为35μA;在关断情况下,静态电流小于0.1μA。内置同步整流管,具有正向压降小,阻断电压高,反向电流小等优点,避免了使用外接肖特基二极管（SBD）,能够有效减小功耗,提升效率。高的开关频率允许选用小的表面陶瓷电容,可节省板级面积、降低成本和减小输出电压纹波。具有迟滞和电流限制功能,保护工作在不正常条件下的负载元件和芯片。通过对PFM boost DC/DC转换器的基本原理和系统功能的详细分析,论文首先介绍了整体结构,然后重点介绍了作者所负责的部分子模块电路。在子电路中,重点介绍了FB比较器模块（反馈比较器模块）、迟滞比较器模块和限流比较器模块。每一个子电路分别介绍了基本工作原理、主要参数的计算方法和容差仿真结果。在PFM boost变换器原理分析和子电路设计基础上,运用HSPICE仿真软件对整体电路的关键指标进行了容差仿真并给出了详细的仿真结果。整体仿真结果表明该升压变换器的功能和重要性能指标均达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 直流稳压电源简介
• 1.2 开关电源的分类
• 1.2.1 以实现功能分类
• 1.2.2 以控制模式分类
• 1.2.3 从结构上分类
• 1.3 DC-DC 变换器的基本工作原理
• 1.4 同步整流技术
• 1.5 开关电源发展趋势
• 1.6 论文工作的意义和主要内容
• 第二章 系统原理简介
• 2.1 系统工作原理
• 第三章 子电路模块设计与仿真
• COMPARATOR 模块'>3.1 FB_COMPARATOR 模块
• COMPARATOR 模块的原理分析'>3.1.1 FB_COMPARATOR 模块的原理分析
• COMPARATOR 模块中误差比较器的性能指标'>3.1.2 FB_COMPARATOR 模块中误差比较器的性能指标
• COMPARATOR 模块'>3.2 LBI_COMPARATOR 模块
• COMPARATOR 模块的原理分析'>3.2.1 LBI_COMPARATOR 模块的原理分析
• COMPARATOR 的迟滞及其模块中误差比较器的性能指标'>3.2.2 LBI_COMPARATOR 的迟滞及其模块中误差比较器的性能指标
• 3.3 限流比较器模块
• 3.3.1 限流比较器模块的原理分析
• 3.3.2 限流比较器模块的问题及改进
• 第四章 整体电路仿真
• 4.1 最小输入电压
• 4.1.1 参数意义
• 4.1.2 分析
• 4.2 输出电压
• 4.2.1 参数意义
• 4.2.2 分析
• 4.3 稳态输出电流
• 4.3.1 参数意义
• 4.3.2 计算公式
• 4.3.3 分析
• 4.4 功率管导通电阻
• 4.4.1 参数意义
• 4.4.2 计算公式
• 4.4.3 分析
• 4.5 芯片内部静态工作电流
• 4.5.1 参数意义
• 4.5.2 分析
• 4.6 芯片的效率与输出电流的关系
• 4.6.1 参数意义
• 4.6.2 计算公式
• 4.6.3 设计指标要求
• 4.6.4 本设计仿真数据
• 4.7 芯片输出电压的纹波与输出电流的关系
• 4.7.1 参数意义
• 4.7.2 计算公式
• 4.7.3 设计指标要求
• 4.7.4 本设计仿真数据
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 个人简历