采用峰值电流模PWM控制的BOOST型DC-DC转换器的设计

论文摘要

进入21世纪,伴随着电力电子技术的迅猛发展,电源管理类芯片已经广泛应用于通信网络、计算机以及汽车电子等诸多产品领域。在薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）的优良特性和广大的应用市场启发下,以西安电子科技大学电路CAD研究所的重点科研项目“数模混合系列集成电路关键技术理论研究与设计”为背景,项目组设计了一款“低成本、高集成度、多路输出的电源控制器XD0804”。XD0804主要用于产生TV和监视器中TFT-LCD所需的多种供电电压。XD0804中集成了正负电荷泵稳压器,为TFT栅极驱动器供电;降压（BUCK）型DC-DC转换器和升压（BOOST）型DC-DC转换器分别用来产生数字逻辑工作电压和源极驱动电压;线性稳压器（LDO）,为芯片内部提供5V工作电压;还有两个高性能运算放大器,用于驱动LCD背板。本论文作者主要负责集成于XD0804中的BOOST型DC-DC转换器模块的设计。本论文对BOOST型DC-DC转换器的设计和相关理论进行了研究,为集成于XD0804中的BOOST型DC-DC转换器模块的设计提供了理论指导。设计的XD0804中的BOOST型DC-DC转换器模块采用固定频率、峰值电流模PWM控制来使环路带宽变大,同时也给TFT-LCD显示屏源极驱动器的脉冲负载提供快速瞬态响应。集成的N沟道功率MOSFET和内置的数字软启动减小了所需的外部元器件的个数,同时抑制了浪涌电流。论文对BOOST型DC-DC转换器模块的设计过程作了详细说明。为了消除电流环路的不稳定性,本论文设计了一种基于传统补偿方法的线性斜坡补偿电路,并结合简洁的电压电流转化电路完成了与电感采样电流的叠加,在满足设计要求的前提下降低了电路设计难度。本论文还对多种采样方式进行了分析和比较,结合内置的功率MOSFET设计了电流采样电路,并结合简洁的电压电流转化电路完成电流采样。设计的电路基于某公司的0.6μm 20V BCD工艺,使用Cadence完成子模块及BOOST型DC-DC转换器模块整体电路的前仿真验证。仿真结果表明,电路功能和性能指标已经达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 开关电源技术概述
• 1.2 开关电源技术的发展方向
• 1.3 论文的研究背景和意义
• 1.4 论文的主要工作和章节安排
• 第二章 BOOST 型DC-DC 转换器的基本原理及系统分析
• 2.1 BOOST 型DC-DC 转换器的基本原理
• 2.2 BOOST 型DC-DC 转换器系统分析
• 第三章 XD0804 中的BOOST 型DC-DC 转换器设计
• 3.1 系统功能及电特性参数设计
• 3.2 BOOST 型DC-DC 转换器外围器件的选择
• 3.3 工艺的选择
• 第四章 BOOST 型DC-DC 转换器系统稳定性分析
• 4.1 电流环路稳定性分析及斜坡补偿原理
• 4.2 系统稳定性及电压环路补偿分析
• 第五章 BOOST 型DC-DC 转换器子模块电路的设计
• 5.1 基准电压电路设计
• 5.2 误差放大器电路设计
• 5.3 振荡器电路设计
• 5.4 斜坡补偿电路设计
• 5.5 电流采样电路设计
• 5.6 数字软启动电路设计
• 第六章 BOOST 型DC-DC 转换器整体功能及主要电特性指标仿真
• 6.1 BOOST 型DC-DC 转换器整体功能仿真
• 6.2 BOOST 型DC-DC 转换器主要电特性指标仿真
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果