高效同步降压式DC/DC控制芯片的研究与设计

论文摘要

本文主要研究和设计了一种高效同步降压式DC/DC控制芯片,该芯片采用同步整流技术和PWM/PFM工作模式,大大提高了控制芯片的效率。首先分析了同步降压式DC/DC变换器的工作原理,根据功能需要设计了整体芯片框图。随后,对各个子模块进行了分析和设计,其中包括折叠式共源共栅误差放大器、稳压电路、带隙基准电压源和基准电流源、可同步于外部高频时钟的高频窄脉宽振荡器、电流采样转换电路,PWM/PFM比较器、死区时间控制电路、电平位移电路、斜坡补偿、各种保护电路及功率管的设计要求等。按照参数指标完成了每个子模块的晶体管级电路选取和设计。利用Cadence0.35μm工艺进行功能仿真,仿真结果符合控制芯片设计指标要求。最后,介绍了实现该芯片的工艺版图设计,其中考虑了布局布线的要求、元器件的匹配和寄生参数等的影响,按照版图设计规则完成了版图设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电源的分类及技术发展趋势
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 本论文主要工作目的和章节安排
• 第二章 同步降压式 DC/DC 变换器的工作原理
• 2.1 BUCK 型同步整流原理
• 2.2 控制模式的选择
• 2.2.1 PWM 控制模式
• 2.2.2 PFM 控制模式
• 2.2.3 PWM/PFM 控制模式
• 2.2.4 电压模式和电流模式
• 2.3 导通工作模式
• 2.3.1 CCM 工作模式
• 2.3.2 DCM 工作模式
• 2.3.3 电感电流连续的临界条件
• 2.4 电流控制模式选择
• 2.5 本章小结
• 第三章 电路系统和模块设计
• 3.1 同步整流控制芯片总体设计
• 3.1.1 系统框图及工作原理
• 3.1.2 各个子模块功能说明
• 3.2 误差放大器
• 3.2.1 运放结构选取及晶体管参数计算
• 3.2.2 运放增益的计算
• 3.2.3 仿真结果
• 3.3 稳压器的设计
• 3.3.1 稳压器的分类
• 3.3.2 稳压器的结构
• 3.3.3 带隙基准电压源的设计
• 3.3.4 稳压器中放大器和调整电路的设计
• 3.3.5 稳压器仿真结果
• 3.4 电流基准电路设计
• 3.5 振荡器
• 3.5.1 电路结构及工作原理
• 3.5.2 PWM/PFM 比较器的设计
• 3.5.3 可外同步的振荡器具体电路结构
• 3.5.4 仿真结果
• 3.6 电流采样转换电路
• 3.7 死区时间控制电路
• 3.8 电平位移
• 3.9 保护电路
• 3.9.1 软启动和故障逻辑电路
• 3.9.2 欠压保护电路
• 3.10 斜坡补偿电路
• 3.10.1 斜坡补偿的引入与原理
• 3.10.2 斜坡补偿具体电路
• 3.11 输出驱动电路
• 3.11.1 输出电路的驱动能力
• 3.11.2 倒相器级数的确定
• 3.12 功率管的设计
• 3.13 本章小节
• 第四章 版图设计
• 4.1 兼容工艺
• 4.2 版图布局布线要求
• 4.3 元器件的匹配
• 4.3.1 电阻和电容的匹配
• 4.3.2 器件的匹配
• 4.4 寄生参数的考虑
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 附录