基于自校正的PWM/PSM升压型DC-DC变换器的研究与设计

论文摘要

移动电话、智能电话、PDA以及媒体播放器等各种便携式消费类电子产品的广泛普及应用,使我国的电源管理产品的市场不断飞速增长。随着便携式电子产品的体积的不断小型化,供电电源的小型化,因而要求开关电源芯片具有转换效率高、体积小、控制精度高、功耗低等特点。针对当前有良好发展前景的OLED显示屏。分析了其显示驱动芯片的性能需求:较高的转换效率,低的功耗,快速的瞬态响应,输出纹波比较小并且拥有非常好的线性调整率和负载调整率。基于OLED供电芯片较高的指标要求,本文提出了一种适用的新型控制结构,即自校正控制电压前馈和反馈控制结构。该结构采用前馈控制技术减少输入电压变化的影响;同时采用电压反馈来提高芯片的负载调整率。前馈和反馈技术结合在一起,使得系统同时具有较高的精度和动态响应速度。通过自校正控制电路,可以很好的实现高的输出电压精度。本文设计了一款基于自校正的PWM/PSM升压型DC/DC变换器芯片,该芯片采用台联电的带高压功率管的0.5um N阱CMOS工艺实现,集成有高精度基准电压源、振荡器、自校正控制电路、过流保护电路、DCM检测电路、数字控制电路、驱动电路等电路模块。芯片的输入电压范围2.7V～5.5V,输出电压可在VIN+0.5V到15V之间变换。在大负载电流的情况下,芯片处于PWM调制模式,在小负载电流的情况下,芯片处于PSM调制模式,因此确保芯片具有较高的转换效率。最后,利用仿真软件Hspice对整体电路进行了功能仿真验证,仿真结果表明:该开关电源芯片具有输出电压纹波小,转换效率高,最高转换效率达到89%,具有良好的瞬态响应性能和负载调整能力等特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 开关电源的发展历程,国内外研究现状及趋势
• 1.2 本课题的研究意义
• 1.3 本课题的意义
• 1.4 本文所做的工作
• 第二章 开关电源基础
• 2.1 典型BOOST变换器原理及拓扑分析
• 2.2 BOOST变换器工作在连续导电模式和不连续导电模式的特性分析
• 2.2.1 BOOST变换器工作在连续导电模式的电路特性
• 2.2.2 BOOST变换器工作在不连续导电模式的电路特性
• 2.2.3 连续导电模式与不连续导电模式的临界条件
• 2.3 开关电源的调制方式
• 2.3.1 PWM
• 2.3.2 PFM
• 2.3.3 PSM
• 2.4 开关电源的控制技术
• 第三章 基于自校正的PWM/PSM调制系统
• 3.1 基于自校正的PWM/PSM的系统构架
• 3.1.1 电压前馈控制技术[34]
• 3.1.2 基于自校正的前馈反馈控制
• 3.1.3 PWM/PSM调制控制
• 3.1.4 总体结构框图及芯片工作原理
• 3.2 芯片的外围应用电路
• 3.2.1 外围器件的选择
• 第四章 芯片子模块设计与仿真
• 4.1 自校正控制模块
• 4.1.1 稳态控制电流产生与镜像求和电路
• 4.1.1.1 电路设计与分析
• 4.1.2 误差控制电流产生电路
• 4.1.2.1 电路设计与分析
• 4.1.2.2 仿真结果
• 4.1.3 误差校正电流产生电路
• 4.1.3.1 电路设计与仿真
• 4.1.4 偏置电流模块
• 4.2 PWM波形产生模块
• 4.2.1 电路设计与分析
• 4.2.2 仿真结果
• 4.3 过流保护模块
• 4.3.1 电路设计与分析
• 4.3.2 仿真结果
• 4.4 DCM检测模块
• 4.4.1 电路设计与分析
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 过压保护模块
• 4.5.1 电路设计与仿真
• 4.6 其他模块
• 第五章 系统整体电路仿真
• 5.1 仿真参数设置
• 5.2 芯片软启动过程
• 5.3 PWM/PSM调制工作模式
• 5.3.1 PWM调制模式仿真验证
• 5.3.2 PSM调制模式仿真验证
• 5.4 系统动态特性仿真分析
• 5.4.1 系统的线性调整率
• 5.4.2 负载调整率
• 5.5 芯片转换效率仿真
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的学术论文