本文關(guān)鍵詞：一種寬負(fù)載范圍高效率BUCK型DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在現(xiàn)代電子設(shè)備中,電源管理芯片是必不可少的一個重要組件。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,電路的集成度越來越高,需要電源管理芯片提供較大的輸出負(fù)載,同時高效率也是電源管理芯片的基本要求。本文設(shè)計了一款寬輸出范圍高效率的峰值電流控制模式同步整流BUCK型DC-DC轉(zhuǎn)換器。其采用新型無損的DCR采樣,避免了外加一個采樣電阻,減少了轉(zhuǎn)換器的導(dǎo)通損耗,顯著提升了大電流輸出條件下的效率。本文設(shè)計了輕載情況下的三種工作模式,突發(fā)模式、跳脈沖模式和強(qiáng)迫連續(xù)模式,突發(fā)模式具有最高的效率和最差的紋波,強(qiáng)迫連續(xù)模式具有最差的效率和最好的紋波特性,而跳脈沖模式是兩者的折中,可以根據(jù)不同的工作需求選擇在輕載下不同的工作模式。同步整流技術(shù)利用同步管兩端較低的導(dǎo)通壓降,提升了效率,本文又為同步整流技術(shù)設(shè)計了必須的死區(qū)時間控制。自舉電容可以保證NMOS開關(guān)功率管充分導(dǎo)通,減少導(dǎo)通損耗,電平移位電路和柵極驅(qū)動電路用以保證開關(guān)管充分而迅速地開啟關(guān)斷。可選的片內(nèi)次級電源設(shè)計使得當(dāng)輸入電壓很高時,可以通過外接一個高效率的LDO次級電源或者直接利用輸出電壓給片內(nèi)模塊供電,降低了轉(zhuǎn)換器的損耗。此外本文還設(shè)計了斜坡恢復(fù)電路,以抵消斜坡恢復(fù)造成的最大輸出電流的下降,提高了轉(zhuǎn)換器的帶載能力。論文先是闡述了開關(guān)電源芯片研究的背景及意義,隨后介紹了開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的基本工作原理和幾種基本分類。隨后著重分析了開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的幾種損耗的分類及來源,為下文的高效率的系統(tǒng)設(shè)計打下理論基礎(chǔ)。之后,介紹了本文采用的幾種提升轉(zhuǎn)換器效率的技術(shù),包括同步整流及死區(qū)時間控制、DCR采樣技術(shù)和輕載下的三種工作模式。接著設(shè)計與分析了電路中幾個重要的基本模塊及電路,對其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證并給出各項(xiàng)參數(shù)。最后搭建了轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)仿真電路,對轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)功能驗(yàn)證以及關(guān)鍵參數(shù)的仿真。本文仿真采用CSMC/40 V BCD工藝,仿真工具為Cadence及H-spice。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)能夠正常工作,且各項(xiàng)性能良好符合設(shè)計要求。最大輸出負(fù)載電流為20A,最高效率可達(dá)93%,且在全負(fù)載范圍內(nèi)都有很高的效率,整體滿足設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：DC-DC轉(zhuǎn)換器 同步整流 DCR采樣 突發(fā)模式 斜坡恢復(fù)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-13
• 1.1 開關(guān)電源芯片的研究背景及意義10
• 1.2 開關(guān)電源分類及簡介10-11
• 1.3 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢11
• 1.4 論文的主要工作和章節(jié)安排11-13
• 第二章 BUCK型DC-DC轉(zhuǎn)換器原理分析13-24
• 2.1 BUCK型DC-DC轉(zhuǎn)換器基本工作原理13-19
• 2.1.1 PWM調(diào)制和PFM調(diào)制14-16
• 2.1.2 電壓控制和電流控制模式16-17
• 2.1.3 CCM和DCM導(dǎo)通模式17-19
• 2.2 BUCK轉(zhuǎn)換器損耗分析19-22
• 2.2.1 導(dǎo)通損耗19-20
• 2.2.2 動態(tài)損耗20-22
• 2.2.3 靜態(tài)損耗22
• 2.3 本章小結(jié)22-24
• 第三章 BUCK DC-DC轉(zhuǎn)換器高效率系統(tǒng)設(shè)計24-36
• 3.1 同步整流技術(shù)及死區(qū)時間控制24-25
• 3.2 輕載下效率提升技術(shù)25-30
• 3.2.1 Pulse-Skipping模式26-27
• 3.2.2 Burst模式27-29
• 3.2.3 強(qiáng)制連續(xù)模式29-30
• 3.3 無損電流采樣技術(shù)30-35
• 3.3.1 電感電流采樣技術(shù)30-34
• 3.3.2 電感DCR采樣34-35
• 3.4 本章總結(jié)35-36
• 第四章 開關(guān)電源模塊設(shè)計與仿真36-67
• 4.1 基準(zhǔn)模塊36-49
• 4.1.1 基準(zhǔn)模塊設(shè)計39-47
• 4.1.2 仿真結(jié)果與分析47-49
• 4.2 誤差放大器49-57
• 4.2.1 誤差放大器模塊研究與分析50-55
• 4.2.2 誤差放大器仿真結(jié)果與分析55-57
• 4.3 片內(nèi)次級電源57-62
• 4.3.1 高效率系統(tǒng)設(shè)計57-58
• 4.3.2 片內(nèi)LDO電路設(shè)計58-61
• 4.3.3 片內(nèi)次級電源仿真結(jié)果與分析61-62
• 4.4 驅(qū)動與控制電路62-66
• 4.4.1 死區(qū)時間控制電路62-63
• 4.4.2 自舉電路設(shè)計63
• 4.4.3 驅(qū)動電路63-65
• 4.4.4 仿真結(jié)果與分析65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第五章 轉(zhuǎn)換器總體仿真67-77
• 5.1 轉(zhuǎn)換器整體架構(gòu)67-68
• 5.2 轉(zhuǎn)換器總體仿真拓?fù)?/span>68-69
• 5.3 轉(zhuǎn)換器仿真結(jié)果及分析69-75
• 5.3.1 轉(zhuǎn)換器上電啟動仿真69-70
• 5.3.2 線性調(diào)整率仿真70-71
• 5.3.3 負(fù)載調(diào)整率仿真71-72
• 5.3.4 帶載能力仿真72
• 5.3.5 輕載下三種工作模式72-74
• 5.3.6 轉(zhuǎn)換器效率仿真74-75
• 5.4 本章總結(jié)75-77
• 第六章 總結(jié)77-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-82
• 攻碩期間的研究成果82-83

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本文編號：434206