电流模Boost转换器的系统建模及芯片设计研究

论文摘要

开关电源具有体积小、重量轻、损耗小、效率高、应用范围广等诸多优点,已逐渐成为电子电源中的主流产品。其中,升压型Boost转换器芯片更是能够满足低电压供电、高电压输出、高功率密度等要求,已广泛应用到高效便携式电子产品中。基于此,本文从开关电源系统模型的角度开始,设计了一款高效的电流控制模式Boost转换器芯片。本文首先介绍了Boost转换器芯片的工作模式和控制模式,并就其中的连续导通模式(CCM)和PWM控制技术进行了详细论述。其次,针对峰值电流模式控制的PWM Boost转换器进行了功率级和控制回路的建模,得到了系统完整的小信号模型和传递函数框图。然后分析和设计了电流环路和电压环路的参数,并通过Matlab进行了仿真验证,完成了系统级的参数设计。最后在系统级设计参数的指导下完成了控制芯片电路级的设计。主要讨论了振荡器、误差放大器和PWM比较器等模块的设计,并通过Hspice进行仿真验证,给出了各模块和整个系统性能的模拟结果。本文控制芯片的实际电路级设计基于0.6μm BCD工艺,Hspice仿真结果表明各关键模块电路性能与系统级要求一致,并且所设计的Boost转换器具有0.4%的输出纹波系数和88%的典型转换效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和研究意义
• 1.2 开关电源的研究现状
• 1.3 开关电源的发展趋势
• 1.4 论文结构和主要内容
• 2 Boost 转换器基本原理分析
• 2.1 Boost 转换器基本结构
• 2.2 Boost 转换器稳态分析
• 2.3 Boost 转换器控制模式分析
• 2.4 本章小结
• 3 Boost 转换器的系统建模
• 3.1 转换器系统的设计参数及元件选取
• 3.2 转换器的系统建模
• 3.3 本章小结
• 4 Boost 转换器的系统级设计
• 4.1 电流控制环路设计
• 4.2 电压控制环路设计
• 4.3 本章小结
• 5 转换器控制芯片的主要电路设计
• 5.1 振荡器的设计
• 5.2 误差放大器的设计
• 5.3 PWM 比较器的设计
• 5.4 系统性能仿真分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的主要论文和申请专利