一种高输入输出电压差的降压稳压器的设计和研究

论文摘要

随着开关电源性能的进一步提高,降压型电源管理芯片的需求稳步攀升。为了满足市场需求,本文分析设计了一款电压模式的PWM控制降压型DC-DC变换器。它采用UMC 0.6μm BCD工艺制程,适用于8V至40V的输入电压范围,内置的线性调整器模块为整个芯片提供稳定的工作电压。由于采用有源电感和有源电容,即使是电压模式控制的系统仍然具有快速的瞬态响应。这种出色的补偿网络采用的是具有米勒补偿的三极管运放,它为整个PWM环路提供了足够的相位裕度。采用导通电阻100毫欧的N沟道拓扑结构使其工作效率高达92%。280kHz/400kHz可选择的开关频率,允许采用小型电感和电容,使滤波变得容易,也加快了环路响应速度。该变换器工作温度范围为-25℃～+125℃,适合于电池充电器、通信以及具有同步时钟的射频调节设备。论文首先给出了降压型直流转换器功率输出级的拓扑结构、基本原理,提出了整体电路设计的理论依据,接着提出了整体电路的设计架构,并根据整体电路的电学参数的要求完成子电路的设计与仿真。由于本芯片具有杰出的补偿网络,作者主要负责总体电路性能和功能的仿真验证及以下子电路的设计:有源电感、有源电容、增益补偿、逻辑控制、功率管栅驱动模块。最后,对整体电路的典型性能指标进行了仿真验证。在论文的结论部分,作者指出该电路的可实现性。同时对子模块和整体电路做了容差分析。本文是电路设计理论与仿真实践相结合的结果。作者在电路分析与设计的基础上,运用HSPICE仿真软件对子电路模块和整体电路进行了整体功能和性能参数的仿真验证,仿真结果均达到预定指标,验证了作者在文中阐述的降压型DC/DC变换器的工作原理,为今后设计性能更优越的降压型变换器打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 降压型稳压器的发展、前景及现状分析
• 1.2 降压型稳压器的主要控制模式
• 1.2.1 电压控制模式
• 1.2.2 电流控制模式
• 1.3 课题来源及本文内容安排
• 第二章 整体电路结构的设计
• 2.1 整体驱动器的结构框图
• 2.1.1 芯片外围应用元件简介
• 2.1.2 芯片引脚说明
• 2.1.3 芯片模块功能简介
• 第三章 子电路模块的设计与仿真
• Active Inductor模块'>3.1 Gm1_Active Inductor模块
• 3.1.1 电路原理分析
• 3.1.2 实际电路结构
• 3.1.3 电路仿真结果
• Active capacitor模块'>3.2 Gm2_Active capacitor模块
• 3.2.1 电路原理分析
• 3.2.2 实际电路结构
• 3.2.3 电路仿真结果
• LOGIC模块'>3.3 CONTROL_LOGIC模块
• 3.3.1 电路原理分析
• 3.3.2 实际电路结构
• 3.3.3 电路仿真结果
• 3.4 功率管栅驱动模块
• 3.4.1 电路原理分析
• 3.4.2 实际电路结构
• 3.4.3 电路仿真结果
• 第四章 整体电路仿真
• 4.1 输出电压归一化
• 4.2 线性调整率化
• 4.3 效率与输入电压的关系
• 4.4 效率与输出电流的关系
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果