高精度电流模式同步整流DC-DC降压转换器的研究

论文摘要

近年来,随着便携式电子产品的迅速增长,与其配套的电源管理芯片也具有越来越广泛的市场。由于人们对电子产品的功能及性能的要求不断提高以及对节能环保的重视,高效率及高精度已经成为芯片设计中至关重要的因素。这也是本次设计的主要目的。本文设计了一款高精度电感型降压DC-DC转换器。芯片采用电流型PWM控制模式同时运用斜坡补偿及同步整流技术,内置了功率MOSFET和同步整流MOSFET。芯片具有输出电压精度高、动态响应快、启动阶段过冲电压、浪涌电流小等特点。芯片采用无锡上华（CSMC）0.6微米Bi-CMOS工艺参数的Spectre模型,在Cadence软件中进行仿真。芯片的输入电压为3.5V-5.5V,输出电压为1.8V-3.3V,最大输出电流600mA。以5V输入、2.5V输出、10Ω负载为例,仿真表明输出电压波纹低于5mV,转换效率为86%。另外,在5V降至3.3V、2.5V、1.8V、及3.5V降至2.5V、1.8V的典型仿真中,芯片的性能均达到了预期的目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 开关电源简介
• 1.2 开关稳压电源分类
• 1.3 开关电源芯片的发展趋势
• 第二章 DC-DC 转换器的原理与分析
• 2.1 电感式 DC-DC 转换器的基本结构
• 2.1.1 电感式 Buck 型转换器原理
• 2.1.2 电感式Boost 型转换器原理
• 2.1.3 升降压型（Buck-Boost）转换器原理
• 2.2 DC-DC 转换器的控制方法
• 2.2.1 PWM 控制
• 2.2.2 PFM 控制
• 2.2.3 PWM 和PFM 混合控制
• 2.3 开关电源控制（ 反馈） 模式
• 2.3.1 电压控制模式
• 2.3.2 电流控制模式
• 2.4 电流控制模式的谐波补偿
• 2.4.1 电流模式的开环不稳定性—次谐波振荡
• 2.4.2 斜波补偿
• 2.5 同步整流技术
• 2.6 DC-DC 转换器性能指标
• 第三章 芯片各模块电路的设计与仿真
• 3.1 1.25V 基准电压源
• 3.2 误差放大器（EA）
• 3.3 PWM 比较器及逻辑控制模块
• 3.4 振荡器的设计
• 3.5 电流采样（Current-sense）模块
• 3.6 电压-电流（V―I）转换器
• 3.7 死区时间控制电路
• 3.8 软启动电路
• 3.9 保护电路
• 3.9.1 过温保护
• 3.9.2 过压/欠压保护
• 3.9.3 过流保护
• 3.10 版图设计优化
• 第四章 芯片的系统仿真
• 4.1 电源电压的影响（电源调整率）
• 4.2 电容 ESR 对输出电压的影响
• 4.3 负载对输出的影响（负载调整率）
• 4.4 温度对输出的影响
• 4.5 其他情况下的仿真结果
• 4.6 系统转换效率的计算
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文