带片上电流感应技术的电流模式升压DC-DC变换器的研究与设计

论文摘要

在当今的消费品市场上,由电池驱动的便携式产品获得了广泛应用。随着便携式产品新功能的日益增多,对DC-DC变换器等电源管理芯片提出了更高的要求。为了适应市场需求,本文分析设计了一种带片上电流感应技术的电流模式升压DC-DC变换器。它采用UMC 0.6μm BCD工艺制程,利用内置的低导通电阻功率MOSFET和内置的无损耗电流感应电路实现了快速精确的电流模式控制,同时也降低了功耗,提高了转换效率,典型的效率可达90%。该变换器在2.6V～5.5V的输入电压范围内可实现高达12V的升压功能;高的开关频率（640kHz或1.2MHz）实现了简易的滤波和更快的环路性能;具有斜坡补偿功能,保证了反馈环路工作的稳定;具有可编程的软启动功能,可以避免启动时的电感电流过冲;具有跳周期工作的特性,提高了轻负载时的转换效率;具有关断功能,关断状态下的输入电流低于0.1μA;工作温度范围为-25℃～+85℃。该DC-DC变换器可以用于LCD显示器、个人计算机存储卡以及手机、MP3等便携式产品。在论文中,作者首先阐述了电流模式DC-DC变换器的基本原理和关键技术,指明了整体电路设计的理论依据。接着从设计要求的角度出发提出了整体电路的架构设计,阐述了整体工作原理,并根据整体电路的功能要求完成了子电路的设计与仿真。在子电路的设计上,作者主要介绍了带隙基准电压源、振荡器、斜坡补偿、电流感应、控制和驱动逻辑。最后,作者对整体电路的功能和典型性能参数进行了仿真验证。在论文的结论部分,作者指出该电路在理论研究上的可参考性,同时也表明了该电路欲投入生产则还需要做容差分析和后仿真等后续工作。本文是电路设计理论和仿真实践相结合的结果。作者在电路原理分析的基础之上,运用HSPICE仿真软件对子电路模块和整体电路进行了功能和性能参数的仿真验证,仿真结果均达到或优于预定指标,证实了理论分析的正确性。

论文目录

• 摘 要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 电源管理芯片的国内外动态
• 1.2 高性能 DC-DC 变换器在理论和实际应用方面的意义和价值
• 1.3 课题来源
• 1.4 本文所做的工作
• 第二章 整体电路结构的设计
• 2.1 概述
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 控制模式和电流感应
• 2.1.3 斜坡补偿原理
• 2.2 电路的整体结构
• 2.3 整体电路的工作原理
• 第三章 子电路模块的设计与仿真
• 3.1 带隙基准电压源模块
• 3.1.1 电路原理分析
• 3.1.2 电路仿真结果
• 3.2 振荡器模块
• 3.2.1 电路原理分析
• 3.2.2 电路仿真结果
• 3.3 斜坡补偿模块
• 3.3.1 电路原理分析
• 3.3.2 电路仿真结果
• 3.4 电流感应模块
• 3.4.1 电路原理分析
• 3.4.2 电路仿真结果
• 3.5 控制和驱动逻辑模块
• 3.5.1 电路原理分析
• 3.5.2 电路仿真结果
• 第四章 整体电路仿真
• 4.1 关断模式
• 4.2 正常工作模式
• 4.2.1 软启动过程
• 4.2.2 稳态工作过程
• 4.2.3 斜坡补偿的作用
• 4.3 典型性能参数的仿真与分析
• 4.3.1 效率与输出电流的关系
• 4.3.2 输出电压与输出电流的关系
• 4.3.3 负载瞬态响应
• 4.3.4 最大输出电流与输入电压的关系
• 4.3.5 空载时芯片输入电流与输入电压的关系
• 4.4 整体电路仿真结论
• 第五章 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