本文關鍵詞：近閾值電壓啟動的遲滯電流模BOOST型轉換器設計

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【摘要】：近年來,隨著人們對無線能量獲取方面的廣泛研究,尤其是對各類環(huán)境能量的收集和利用,使開關電源的市場需求不斷增大,如何設計一個低啟動電壓、低功耗、高轉換效率的集成BOOST型直流-直流(DC-DC)轉換器逐漸成為了大家的研究重點。本文首先介紹了BOOST型直流-直流電壓轉換器的基本原理,詳細對比分析了各種反饋模式、開關調(diào)制方式以及系統(tǒng)的功率級模型,并且根據(jù)市場應用需求,選擇了遲滯電流模作為系統(tǒng)的反饋控制模式。接著對系統(tǒng)的低壓啟動原理進行了重點分析,給出一種新型、高效的三步近閾值電壓啟動電路模型,并且對芯片的低功耗設計提出了一些具體的解決辦法。緊接著,根據(jù)前面系統(tǒng)級模型參數(shù)的確定,分別設計了各模塊電路,包括近閾值電壓啟動電路、帶隙基準源、誤差放大器、遲滯比較器、全周期電流檢測電路和過溫保護電路,給出了詳細的電路結構,并對其原理進行了細致的分析,最后,基于SMIC 0.18μm雙阱CMOS工藝,使用Spectre仿真工具對所有模塊電路及系統(tǒng)進行了仿真驗證。仿真結果表明,本文所設計的BOOST型DC-DC轉換器能夠正常工作,并且各項參數(shù)均滿足設計要求。其最低輸入電壓可以低至0.35V,負載電流范圍為0.1-50mA,輸出電壓穩(wěn)定在1.8V,且紋波很小(CCM下紋波3mV,DCM下紋波10mV)。在低輸入電壓(0.35V)下轉換效率超過50%,當輸入電壓為1.2V,輸出電壓1.8V,負載電流25mA的情況下,轉換效率高達91%。并且系統(tǒng)可以根據(jù)負載電流的變化自動在CCM和DCM兩種模式間進行切換,提高了輕負載下系統(tǒng)的轉換效率。芯片內(nèi)置的過壓、過溫保護電路可以使芯片在各種復雜環(huán)境下都能安全的工作,抗振鈴電路有效地抑制了電磁干擾對芯片性能的影響。
【關鍵詞】：BOOST型DC-DC轉換器 遲滯電流模式 同步整流 低壓啟動
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號對照表11-12
• 縮略語對照表12-16
• 第一章 緒論16-20
• 1.1 能量獲取系統(tǒng)概述16-17
• 1.2 近閾值電壓啟動的低功耗開關電源的應用以及發(fā)展前景17-18
• 1.3 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排18-20
• 第二章 BOOST型DC-DC轉換器原理20-32
• 2.1 BOOST型DC-DC轉換器拓撲結構20
• 2.2 BOOST型DC-DC轉換器的工作模式和原理分析20-23
• 2.2.1 連續(xù)導通模式（CCM）21-22
• 2.2.2 非連續(xù)導通模式（DCM）22-23
• 2.3 反饋環(huán)路控制模式選擇23-28
• 2.3.1 電壓控制模式24-25
• 2.3.2 電流控制模式25-28
• 2.4 同步整流技術28-29
• 2.5 BOOST型轉換器穩(wěn)定性的分析與設計29-31
• 2.5.1 電壓環(huán)路穩(wěn)定性分析29
• 2.5.2 轉換器電壓環(huán)路的補償設計和頻率分析29-31
• 2.6 本章小結31-32
• 第三章 近閾值電壓啟動的遲滯電流模BOOST轉換器的系統(tǒng)設計32-44
• 3.1 系統(tǒng)功能及電特性參數(shù)的設計32-34
• 3.1.1 系統(tǒng)功能設計32-33
• 3.1.2 系統(tǒng)電路的主要電路模塊的工作原理33-34
• 3.2 低壓、低功耗設計34-42
• 3.2.1 近閾值電壓自啟動過程34-39
• 3.2.2 低功耗設計39-42
• 3.3 芯片外圍元件的設計42-43
• 3.3.1 電感的選擇42
• 3.3.2 輸入輸出電容設計42-43
• 3.4 本章小結43-44
• 第四章 近閾值電壓啟動的遲滯電流模BOOST轉換器模塊電路設計44-68
• 4.1 近閾值電壓啟動模塊44-47
• 4.1.1 低壓振蕩器（osc）和自舉升壓電路（bootstrap）44-45
• 4.1.2 時鐘高電平翻倍電路和電平轉換電路（level shift）45
• 4.1.3 電路仿真和分析45-47
• 4.2 帶隙基準源設計47-52
• 4.2.1 電路基本原理47-48
• 4.2.2 電路設計與分析48-50
• 4.2.3 電路的仿真和驗證50-52
• 4.3 誤差放大器的設計52-57
• 4.3.1 電路設計與分析53-55
• 4.3.2 電路的仿真和驗證55-57
• 4.4 遲滯比較器的設計57-60
• 4.4.1 電路設計與分析57-59
• 4.4.2 電路的仿真和驗證59-60
• 4.5 全周期電流檢測電路的設計60-65
• 4.5.1 電路設計與分析61-63
• 4.5.2 電路的仿真和驗證63-65
• 4.6 過溫保護電路的設計65-67
• 4.6.1 電路設計與分析65-66
• 4.6.2 電路的仿真和驗證66-67
• 4.7 本章小結67-68
• 第五章 近閾值電壓啟動的遲滯電流模BOOST轉換器的整體仿真驗證68-76
• 5.1 典型應用電路68-69
• 5.2 整體電路仿真69-74
• 5.2.1 整體電路系統(tǒng)框圖69
• 5.2.2 近閾值電壓啟動系統(tǒng)輸出仿真69-70
• 5.2.3 連續(xù)電流工作模式(CCM)仿真70-72
• 5.2.4 斷續(xù)電流工作模式(DCM)仿真72
• 5.2.5 CCM與DCM模式的轉換72-73
• 5.2.6 線性瞬態(tài)響應73-74
• 5.3 本章小結74-76
• 第六章 總結76-78
• 參考文獻78-82
• 致謝82-84
• 作者簡介84-85

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本文編號：1000735