一种高效率低电压升压转换芯片的设计

论文摘要

开关稳压电源具有集成度高、外围电路简单、电源效率高等优点,在各种电子产品中得到广泛的应用。随着基于电池供电的便携式设备的数量日益增长,开关稳压电源已经取代效率较低的线性稳压电源,成为现代集成系统中不可或缺的部分。论文阐述了电源管理芯片的发展现状和市场前景,研究了升压型DC-DC变换器的实现技术。在深入分析升压型开关电源工作机理的基础上,采用Boost型拓扑结构,设计了一种PWM电流控制模式升压型DC-DC变换器控制芯片电路,该电路可以实现低至0.8V电压下正常启动工作,将电压转换输出为2.5V～5V输出电压可调,工作温度范围为-40℃～85℃,转换效率达到85%。对带隙基准源、误差放大器、PWM比较器、振荡器、斜坡补偿单路、启动振荡器、突发模式控制模块、电流采样电路、驱动电路和过温保护等功能模块进行了电路设计与原理分析,并在此基础上,运用Cadence软件对各功能模块的指标、参数进行了仿真与分析。最后,进行了整体电路功能和典型性能参数的联合仿真,仿真结果表明设计电路达到了预定的设计目标。该芯片具有突发模式控制功能,在轻载状态下可以使芯片进入睡眠状态;具有斜坡补偿功能,保证了芯片在电流控制模式下反馈环路工作的稳定;具有过温保护功能可以防止高温造成电路永久的损坏。芯片版图采用CSMC 0.5μm工艺库设计完成,并利用Dracula仿真验证了版图的正确性。设计电路基本达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 开关电源 DC-DC 转换器的发展现状
• 1.2 课题的提出
• 1.3 课题的主要内容
• 第二章 开关电源结构与原理
• 2.1 开关电源基本拓扑结构
• 2.1.1 Boost型转换器
• 2.1.2 Buck型转换器
• 2.1.3 Buck-Boost型转换器
• 2.2 升压式 DC-DC集成电路工作模式
• 2.2.1 调制方式
• 2.2.2 控制模式
• 2.2.3 同步整流技术
• 2.3 芯片应用电路介绍
• 2.4 本章小结
• 第三章 升压式 DC-DC开关电源电路的设计
• 3.1 带隙基准电压源设计
• 3.1.1 带隙电压基准的原理
• 3.1.2 带隙电压基准电路结构设计
• 3.1.3 基准电压源电路仿真与结果分析
• 3.2 误差放大器设计
• 3.2.1 放大器结构选择
• 3.2.2 限幅电路设计
• 3.2.3 误差放大器仿真与结果分析
• 3.3 比较器设计
• 3.3.1 基于运算跨导放大器的比较器设计
• 3.3.2 PWM比较器设计
• 3.4 振荡器设计
• 3.4.1 振荡器开关频率的选取
• 3.4.2 振荡器电路的实现
• 3.4.3 振荡器电路仿真结果
• 3.5 斜坡补偿电路设计
• 3.5.1 斜坡补偿基木原理
• 3.5.2 斜坡补偿电路的实现
• 3.5.3 斜坡补偿电路仿真结果
• 3.6 启动电路设计
• 3.6.1 振荡电路设计
• 3.6.2 启动电路仿真
• 3.7 其他电路设计
• 3.7.1 突发模式控制模块
• 3.7.2 过温保护电路
• 3.7.3 驱动电路设计
• 3.7.4 电流采样电路
• 3.8 电路整体仿真与结果分析
• 3.9 本章小结
• 第四章 版图设计与验证
• 4.1 版图的绘制
• 4.2 版图的验证
• 4.2.1 DRC验证
• 4.2.2 LVS验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢