PWM/PFM型降压DC-DC电压变换器的研究与设计

论文摘要

由于便携式设备的发展,与之相匹配的电源要求有更高的密度,可靠性,效率以及更低的成本。开关电源在低功耗,高效率等方面有突出优点,所以普通线性稳压电源逐渐被开关电源所取代。本文分析了DC-DC降压变换器工作原理,并在此基础上不断优化电路结构和参数,成功的设计了一款Buck型DC-DC电源变换器。本电路的主要功能是为便携移动设备的低压数字核提供稳定电源。当输入电压在2.7V5.5V之间变化的时候,该变换器可以提供的最大输出电流为500mA,输出电压稳定在1V,输出纹波小于10mV。此款Buck型DC-DC变换器的主要模块包括PID反馈误差放大器,LDO稳压器,控制逻辑单元,过流保护电路,过温保护电路等。电路中共有两种控制模式,一种包含脉宽跳跃的PWM模式,另一种是PWM/PFM模式。电路的逻辑单元还允许用户自主设定自动PWM/PFM转换模式和强制PWM模式两种工作状态。本文设计的DC-DC降压变换器是基于ST公司的BCD6S工艺完成的,仿真工具采用的是Cadence公司推出的Virtuoso工具。系统即仿真结果表明,该电路能够输出500mA电流,当输出电压为1V时,纹波小于10mV等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电源的分类
• 1.2 开关电源
• 1.3 本文所做的工作
• 第二章 开关电源基础
• 2.1 降压DC-DC 变换器
• 2.2 升压DC-DC 变换器
• 2.3 升降压DC-DC 变换器
• 2.4 DC-DC 变换器的控制方式
• 2.4.1 四种控制方式的原理和特点
• 2.4.2 PWM 反馈控制的方式
• 第三章 DC-DC 变换器的设计目标与建模分析
• 3.1 DC-DC 变换器的设计目标
• 3.2 CCM 和DCM 模式下Buck 电路分析及外围器件选择
• 3.2.1 连续工作模式（CCM）的Buck 电路.
• 3.2.2 非连续工作模式（DCM）下Buck 电路
• 3.2.3 DCM 和CCM 的工作临界点及外围电感选择
• 3.2.4 CCM 和DCM 比较及外围电容选择
• 3.3 Buck 电路的等效电路
• 3.3.1 Buck 环路的等效结构
• 3.3.2 环路稳定性的判定.
• 3.4 Buck 主电路等效模型的建立
• BACK）中的补偿电路'>3.5 反馈网络（PIDFEED_BACK）中的补偿电路
• 3.5.1 控制到输出的函数.
• 3.5.2 输入到输出的传递函数
• 3.5.3 PID 反馈环路补偿网络的设计
• 3.5.4 反馈网络中运算放大器的设计
• 3.6 同步整流技术
• 第四章 DC-DC 电压变换器的设计
• 4.1 电路的整体设计
• 4.2 逻辑控制单元的设计
• 4.2.1 重置（Reset）模块设计.
• 4.2.2 外同步（SYNC DECODER）模块设计
• 4.2.3 自动PWM/PFM （AUTOMATIC PWM/PFM） 模块设计
• 4.3 限流保护电路
• 4.4 防止振铃（ANTIRING）电路
• 4.5 软启动电路
• 4.6 偏置电路（BIAS）
• 4.7 温度保护电路
• 4.8 振荡产生电路
• 4.9 休眠模块（Sleep timer）.
• 第五章 系统整体仿真
• 5.1 Buck 型电路PWM 模式输出仿真
• 5.2 Buck 型电路PFM 模式输出仿真
• 5.3 电压调整率
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献