一种PSM/PWM Boost DC-DC转换芯片的设计与研究

论文摘要

本论文设计了一种PSM/PWM混合调制的Boost DC-DC开关电源芯片。电路基于Chartered 0.35μm工艺设计,在Cadence软件下对整体电路进行了仿真。仿真结果显示:芯片的工作开关频率为400KHz左右;电路的正常工作温度范围在-40℃～125℃之间;正常工作时,在较宽的负载范围内效率高达90%以上;系统各模块总功耗不足0.16mW;输出电压的纹波在±1%以内,并且系统具有很好的稳定性,该结果较好的满足了实际应用对开关电源芯片精度和稳定性的要求。论文的前三章在介绍该课题研究内容的基础上,首先分析了DC-DC开关转换器的调制方式和控制模式,然后对电压环控制PSM/PWM混合调制的Boost DC-DC开关电源芯片的系统结构和工作过程以及Boost DC-DC电源管理芯片的重要参数作了详细解释。第四章设计了芯片内部的大部分重要子模块,其中自主设计了PSM/PWM模式转换电路以及占空比探测电路,这种在开关电源中采用占空比探测的混合调制方式可保证在很宽的负载范围内达到系统达到90%以上的转换效率;设计了一种输出基准可调的高PSRR、低失调、低功耗的基准电压源,其功耗不足33μW,低频PSRR可达到100dB以上,并降低了运放的失调电压对基准的影响;设计了一种高精度的比较器,其增益约为68.46dB,传输延迟在15ns左右;还设计了误差差放大器和补偿电路、低压控制电路、锯齿波产生电路、欠压保护电路、PSM控制电路等模块,利用Cadence软件对这些子模块都作了完整的电路设计和仿真分析,仿真结果显示各子模块电路的性能均达到设计指标的要求。论文的第五章对整体电路的功能和性能进行了仿真,仿真结果表明该电路完成了设计功能,达到了预先制定的设计指标,较好的完成了芯片电路的前端设计。论文的第六章为总结和展望部分。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 开关电源芯片研究现状
• 1.2 课题的研究内容和意义
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 Boost DC-DC 开关转换器的工作原理
• 2.1 Boost DC-DC 开关转换器的拓扑结构
• 2.1.1 基本工作原理
• 2.1.2 BoostDC-DC 开关转换器的连续和断续工作模式
• 2.1.3 连续和断续工作模式的边界
• 2.2 Boost DC-DC 开关转换器的调制方式
• 2.2.1 脉冲宽度调制（PWM）
• 2.2.2 脉冲频率调制（PFM）
• 2.2.3 跨周期调制模式（PSM）
• 2.3 Boost DC-DC 开关转换器的反馈控制模式
• 2.3.1 电压控制模式
• 2.3.2 电流控制模式
• 第三章 PSM/PWM Boost DC-DC 转换芯片系统
• 3.1 PSM/PWM Boost DC-DC 转换芯片的系统结构
• 3.2 Boost DC-DC 转换芯片的系统参数
• 3.2.1 静态电流
• 3.2.2 关断（Shut-Down）电流
• 3.2.3 效率
• 3.2.4 线性调整率
• 3.2.5 负载调整率
• 第四章 主要电路模块的设计
• 4.1 基准电路
• 4.2 误差放大器和补偿电路的设计
• 4.3 比较器的设计
• 4.4 模式转换电路的设计
• 4.5 锯齿波发生器的设计
• 4.6 低压控制电路的设计
• 4.7 欠压保护电路
• 4.8 占空比探测电路的设计
• 4.9 PSM 控制电路的设计
• 第五章 整体电路仿真
• 5.1 整体电路功能仿真
• 5.2 整体电路性能仿真
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢