运用于便携式产品的高效率同步整流升压变换器设计

论文摘要

在当今的电子产品市场上,以便携式产品为代表的消费类电子在各种机遇的作用下飞速发展,促使消费类产品的电源管理产品正逐渐取代通信类电源产品成为整个电源管理行业的主导者,便携式产品的电源管理正在成为人们研究的热点。本文正是在这种背景下,分析了便携式产品电源管理芯片的未来发展趋势和典型特点:高效率、低功耗、小尺寸、宽输入电压范围和低成本等,然后总结了便携式产品电源管理芯片的主要设计原则,最后设计了一款运用于便携式产品的高效率同步整流升压变换器电源管理芯片。该芯片可以在整个2V~5V的工作电压范围达到超过90%的效率,最高效率可达到96%以上,系统设计结合电压前馈和电压反馈的双重优点,极大优化了系统的电源调整率(线性调整率)(0.08%)和负载调整率(0.71%)。该电源管理芯片可用于MP3/MP4播放器、智能手机、PDA以及媒体播放器PMP等便携式产品。电路的设计过程中,作者首先在便携式产品电源管理芯片特点的基础上提出了本文的设计目标,然后阐述了设计满足便携式产品电源管理芯片要求的系统级和电路级设计准则,其中作者对所采用的电压前馈控制模式和采用同步整流技术的功率级分别进行了小信号建模分析,详细给出了提高效率、线性调整率、负载调整率和保持系统反馈环路稳定的理论依据。最后进行了系统功率级和控制环路的设计,以及反馈环路的稳定性分析,并针对系统级设计中提到的特殊子电路进行详细设计,包括带隙基准电压源、跨导放大器、同步控制、以及过零检测和反振铃模块,并且对子电路进行了容差分析。最后,作者对整体电路的功能进行了子电路联合仿真验证,达到了最初的设计要求。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 便携式电源管理芯片的国内外动态
• 1.2 便携式产品电源管理芯片的特点
• 1.3 课题意义和实际价值
• 1.4 课题来源
• 1.5 本文所做的工作
• 第二章 升压型变换器基础
• 2.1 升压型变换器的基本分类
• 2.1.1 开关电容型升压变换器
• 2.1.2 开关电感型升压变换器
• 2.2 升压型变换器的控制模式
• 2.2.1 电流模式控制
• 2.2.2 电压模式控制
• 2.2.3 电压前馈模式控制
• 第三章 系统级设计
• 3.1 便携式产品电源管理芯片的系统考虑
• 3.1.1 高效率低功耗设计
• 3.1.2 小尺寸设计
• 3.1.3 低噪声设计
• 3.1.4 低成本设计
• 3.2 系统功率级设计
• 3.2.1 优化开关频率
• 3.2.2 功率管优化设计
• 3.2.3 储能电感值设计
• 3.2.4 输入输出滤波电容设计
• 3.3 系统控制环路设计
• 3.3.1 控制环路设计
• 3.3.2 环路稳定性分析
• 第四章 子电路设计与仿真
• 4.1 带隙基准电压源设计
• 4.1.1 电路原理分析
• 4.1.2 电路仿真结果
• 4.2 跨导放大器设计
• 4.2.1 电路原理分析
• 4.2.2 电路仿真结果
• 4.3 同步控制模块
• 4.3.1 电路原理分析
• 4.3.2 电路仿真结果
• 4.4 过零检测和反振铃模块
• 4.4.1 电路原理分析
• 4.4.2 电路仿真结果
• 第五章 整体电路联合仿真
• 5.1 关断模式
• 5.2 软启动过程
• 5.3 负载调整率
• 5.4 线性调整率
• 5.5 功率节省（PSM）工作模式
• 5.6 输出电压纹波
• 5.7 负载电流、输入电压与效率的关系
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 个人简历