在現(xiàn)代社會,人們對電子產(chǎn)品的依賴已經(jīng)遠超過去的任何時候,隨著集成電路技術(shù)的日新月異,電子產(chǎn)品的體積越來越小,功耗越來越低,而功能卻越來越強大。DC-DC開關電源芯片作為各種電子產(chǎn)品的核心部件之一,其性能對電子設備的續(xù)航時間和壽命有著決定性的影響。為了讓電子設備具有更高的應用價值,DC-DC開關電源芯片的低功耗、高轉(zhuǎn)換率設計逐漸成為了集成電路設計領域的研發(fā)熱點。本論文基于標準0.5μm BCD工藝,主要研究同步降壓型DC-DC開關電源中帶隙基準源和單次計時器兩個關鍵電路模塊的設計、仿真與版圖實現(xiàn)。本文主要內(nèi)容包括:1、簡要闡述開關電源的發(fā)展概況,并討論了開關電源在未來的發(fā)展趨勢。2、敘述同步降壓型DC-DC開關電源系統(tǒng)的基本原理。3、介紹谷值電流控制的系統(tǒng)架構(gòu),其中包括谷值控制模式工作原理、同步整流技術(shù)、外圍器件的選擇等,總結(jié)了恒定導通時間谷值電流控制的優(yōu)點。4、詳細闡述了本文所提出的帶隙基準源電路的設計與仿真過程,其中包括預調(diào)制部分和帶隙基準源核心部分兩個電路模塊。本文所介紹的帶隙基準源輸出電壓不僅具有較低的溫漂系數(shù),而且可實現(xiàn)在較大范圍電源電壓下工作并具有較低的線性調(diào)整率,這主要得益于使用了預調(diào)制電路結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)啟動電路,并在核心電路中使用高增益兩級放大器結(jié)構(gòu)。在TT工藝角下,仿真結(jié)果表明,在-40℃—80℃的溫度范圍內(nèi),溫漂系數(shù)為14.36ppm/℃。在3到10V電源電壓工作范圍內(nèi),其輸出端的電壓變化僅為30μV,線性調(diào)整率達到4.3μV/V。電路的電源抑制比為102dB,在3.3V典型工作電壓下功耗為300μW。5、詳細闡述了本文所提出的單次計時器的設計與仿真過程。本文所設計同步降壓型DC-DC開關電源工作在恒定導通時間谷值電流控制模式下,之所以采用這種電路控制模式,是因為該模式具有轉(zhuǎn)化效率較高,能夠穩(wěn)定工作在高頻環(huán)境下等特點。而單次計時器正是用于產(chǎn)生固定導通時間的關鍵電路模塊。同時為了保持開關電源輸出電壓的穩(wěn)定,谷值電流控制模式中的開關管工作頻率要有一個上限,這個上限是由單次計時器的最小導通時間T_(ON)決定。本文所設計的電路中最小導通時間約為40ns。6、闡述版圖設計中需要考慮的因素,如匹配性、抗干擾及寄生效應、可靠性等,并展示了所設計的帶隙基準源和單次計時器版圖。7、對論文的不足之處和模塊設計結(jié)果進行總結(jié)。
【學位單位】：遼寧大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN86
【部分圖文】：

第 2 章 同步降壓型 DC-DC 開關電源系統(tǒng)基本原理 章 同步降壓型 DC-DC 開關電源系統(tǒng)基本壓型 DC-DC 開關電源的工作及穩(wěn)壓原理降壓型 DC-DC 開關電源的工作原理同步降壓型 DC-DC 開關電源的拓撲結(jié)構(gòu)。當 M1打，二極管截止，當 M1斷開時，電感和電容放電，二 UL，所以能夠起到降壓作用。在后文所提到的控制一樣的功能，RS 鎖存器控制開關管的開啟和關斷，R和比較器共同控制。

(a) (b)圖 2-2 (a)CCM 工作模式；(b)DCM 工作模式圖 2-2（a）為 CCM 工作模式，（b）為 DCM 工作模式，當開關電源處于連續(xù)工作模式（CCM）時，將開關的導通時間設為 DT，在這段時間流經(jīng)電感的電流變化量為（VIN VOUT）DT L[14]；假設把開關的關斷時間定為(1 D)T，那么在電感上流過的電流變化量為 VOUT(1 D)T L[15]，當電路達到穩(wěn)定時，在這段時間內(nèi)在電感上流過的電流差值為零，所以:LVDTLVVDTINOUTOUT) (1 ) （ （2.2）OUTINV DV（2.3）其中 VIN為電源輸入的電壓，VOUT為電路輸出電壓，T 為完成一個周期所用的時間，TON為開啟時間。公式(2.3)表明，當電路達到穩(wěn)定狀態(tài)時，電路的輸出電壓值與占空比以及

第 2 章 同步降壓型 DC-DC 開關電源系統(tǒng)基本原理在采用了 PWM 控制方式的開關電源電路后，如圖 2-3 所示，內(nèi)部振蕩電路OSC 產(chǎn)生一個固定的時鐘頻率。在這個時鐘周期內(nèi)，輸出電壓會經(jīng)過外環(huán)負反饋電路流經(jīng)誤差放大器，并在誤差放大器的輸出端產(chǎn)生誤差電壓 VERROR。內(nèi)環(huán)負反饋會產(chǎn)生一個周期性的三角波，這個三角波是對電感峰值進行采樣后得到的信號 VSENSE。相比于 VERROR，當后者高于前者的時候，比較器能夠通過對單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行復位從而使開關晶體管導通或關斷，這樣就能通過控制導通時間 TON來調(diào)節(jié)占空比 D，最終實現(xiàn)使輸出電壓穩(wěn)定的目的[19]。
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 范桐順;;高頻控制節(jié)能型開關電源電路設計與探究[J];信息通信;2015年06期

2 高文根;黃德元;牛明強;李云飛;;一種自適應Z源升壓變換器系統(tǒng)的仿真研究[J];重慶科技學院學報(自然科學版);2015年02期

3 冉啟陽;單國棟;王曉旭;;低占空比谷值電流控制三電平Buck變換器研究[J];電器與能效管理技術(shù);2014年15期

4 賈瓊;孟堅;;CMOS閂鎖效應的研究及其幾種預防措施[J];電腦知識與技術(shù);2013年25期

5 季翔宇;楊依忠;陳峰;;一種寬輸入降壓穩(wěn)壓電路的研究與設計[J];合肥工業(yè)大學學報(自然科學版);2013年07期

6 梁海蓮;董樹榮;顧曉峰;李明亮;韓雁;;GGNMOS叉指寬度與金屬布線對ESD防護性能的影響[J];固體電子學研究與進展;2013年02期

7 楊平;許建平;董政;張斐;張士宇;;低輸入電感電流紋波二次型Boost PFC變換器[J];中國電機工程學報;2013年12期

8 郭鍵;朱杰;董萍萍;;一種基于MSP430單片機的開關電源設計[J];電子設計工程;2012年19期

9 趙強;呂明;張鑒;;帶隙電壓基準源的設計與分析[J];電子科技;2012年05期

10 張斐;許建平;楊平;陳章勇;;兩開關偽連續(xù)導電模式Buck-Boost功率因數(shù)校正變換器[J];中國電機工程學報;2012年09期

相關碩士學位論文 前10條

1 詹亮;高效正反激組合式DC-DC變換器研究[D];合肥工業(yè)大學;2016年

2 李甜;一種片上集成的低壓差線性穩(wěn)壓器設計[D];電子科技大學;2016年

3 楊彭林;基于源極驅(qū)動的原邊反饋AC-DC LED驅(qū)動電路的設計[D];東南大學;2015年

4 王劍;CMOS帶隙基準源研究以及應用[D];南京郵電大學;2015年

5 李紀磊;基于谷電流模式和COT控制的降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的設計[D];西安電子科技大學;2014年

6 朱月珍;芯片版圖設計優(yōu)化技術(shù)研究[D];蘇州大學;2014年

7 趙盼盼;電壓模式PFM升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器設計[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

8 張賀;采用LMS算法消除開關電源對CDMA的影響[D];南京航空航天大學;2014年

9 張艷艷;單片降壓型DC-DC變換器芯片電路分析與版圖優(yōu)化設計[D];西安科技大學;2012年

10 張仁喆;低功耗電流模式開關電源的設計[D];貴州大學;2009年

本文編號：2870582