降压型PWM DC-DC开关电源技术研究

论文摘要

电源半导体产品近期呈现快速增长趋势,甚至超过了数字处理器和存储器等半导体的增长速度。大部分增长来源于高容量电池供电的电子产品,如手机和数字音乐播放器。由于所有电子产品都需要有电源供电,所以电源管理技术变得至关重要。在这样的前提下,设计开发高效率、高频、小体积的DC-DC开关电源芯片,无论是从经济角度,还是从科学研究上来讲都是很有价值的。本文介绍了DC-DC转换器各种拓扑结构及其工作原理,并重点分析了降压型DC-DC转换器在连续电流模式和非电流连续模式下的工作原理。描述了DC-DC转换器的控制方法,详细阐述了脉宽调制中电压控制模式和电流控制模式的基本原理,分析比较了它们各自的优缺点。同时还介绍了软开关技术、同步整流技术的概念和发展趋势,以及系统性能稳定性和补偿的相关知识。本文设计了一款基于电压控制模式的PWM降压型DC-DC转换器,并重点分析了它的工作原理、系统结构。该DC-DC转换器子模块包括主电路、误差放大电路、比例积分控制电路、PWM比较电路,利用Candence EDA集成电路设计工具、Spectre仿真工具,从工艺参数、电源电压、负载电阻对输出的影响等方面,对电路内的各个模块进行了具体的设计和仿真。此外,采用SMIC 0.18μm 1P6M工艺对部分模块进行了版图设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 开关电源的发展
• 1.1.1 开关电源的发展历史
• 1.1.2 全球电源产业发展状况
• 1.1.3 国内电源产业发展现状
• 1.2 开关电源的发展展望
• 1.3 论文工作的主要内容
• 第二章 开关电源原理分析
• 2.1 DC-DC 转换器拓扑结构
• 2.1.1 降压型DC-DC 转换器
• 2.1.2 升压型DC-DC 转换器
• 2.1.3 升压/降压型DC-DC 转换器
• 2.1.4 Cuk 型DC-DC 转换器
• 2.2 控制技术
• 2.2.1 脉宽调制（PWM）
• 2.2.2 脉频调制（PFM）
• 2.3 本章小结
• 第三章 软开关技术及系统性能研究
• 3.1 软开关技术
• 3.1.1 ZCS PWM 转换器
• 3.1.2 ZVS PWM 转换器
• 3.2 同步整流技术
• 3.2.1 同步整流技术的概念
• 3.2.2 功率MOSFET 的分析
• 3.2.3 同步整流技术的发展趋势
• 3.3 DC-DC 开关电源的系统稳定性和补偿
• 3.3.1 系统稳定性的判定依据
• 3.3.2 补偿网络的分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 降压型PWM DC-DC 转换器的电路设计与仿真
• 4.1 基本原理与系统结构
• 4.2 电路设计
• 4.2.1 主电路
• 4.2.2 误差放大器
• 4.2.3 比例积分电路
• 4.2.4 脉宽调制电路
• 4.3 主电路参数选择
• 4.3.1 工作频率的选择
• 4.3.2 电感的选择
• 4.3.3 电容的选择
• 4.4 系统仿真与版图设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者在硕士期间参加的课题和发表的论文