發(fā)布時(shí)間：2020-11-04 20:38

　　 在現(xiàn)代社會(huì),人們對(duì)電子產(chǎn)品的依賴(lài)已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)去的任何時(shí)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(lái)越小,功耗越來(lái)越低,而功能卻越來(lái)越強(qiáng)大。DC-DC開(kāi)關(guān)電源芯片作為各種電子產(chǎn)品的核心部件之一,其性能對(duì)電子設(shè)備的續(xù)航時(shí)間和壽命有著決定性的影響。為了讓電子設(shè)備具有更高的應(yīng)用價(jià)值,DC-DC開(kāi)關(guān)電源芯片的低功耗、高轉(zhuǎn)換率設(shè)計(jì)逐漸成為了集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。本論文基于標(biāo)準(zhǔn)0.5μm BCD工藝,主要研究同步降壓型DC-DC開(kāi)關(guān)電源中帶隙基準(zhǔn)源和單次計(jì)時(shí)器兩個(gè)關(guān)鍵電路模塊的設(shè)計(jì)、仿真與版圖實(shí)現(xiàn)。本文主要內(nèi)容包括:1、簡(jiǎn)要闡述開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況,并討論了開(kāi)關(guān)電源在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。2、敘述同步降壓型DC-DC開(kāi)關(guān)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(dǎo)通時(shí)間谷值電流控制的優(yōu)點(diǎn)。4、詳細(xì)闡述了本文所提出的帶隙基準(zhǔn)源電路的設(shè)計(jì)與仿真過(guò)程,其中包括預(yù)調(diào)制部分和帶隙基準(zhǔn)源核心部分兩個(gè)電路模塊。本文所介紹的帶隙基準(zhǔn)源輸出電壓不僅具有較低的溫漂系數(shù),而且可實(shí)現(xiàn)在較大范圍電源電壓下工作并具有較低的線(xiàn)性調(diào)整率,這主要得益于使用了預(yù)調(diào)制電路結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)啟動(dòng)電路,并在核心電路中使用高增益兩級(jí)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(xiàn)性調(diào)整率達(dá)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(xì)闡述了本文所提出的單次計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)與仿真過(guò)程。本文所設(shè)計(jì)同步降壓型DC-DC開(kāi)關(guān)電源工作在恒定導(dǎo)通時(shí)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?yàn)樵撃Ｊ骄哂修D(zhuǎn)化效率較高,能夠穩(wěn)定工作在高頻環(huán)境下等特點(diǎn)。而單次計(jì)時(shí)器正是用于產(chǎn)生固定導(dǎo)通時(shí)間的關(guān)鍵電路模塊。同時(shí)為了保持開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的穩(wěn)定,谷值電流控制模式中的開(kāi)關(guān)管工作頻率要有一個(gè)上限,這個(gè)上限是由單次計(jì)時(shí)器的最小導(dǎo)通時(shí)間T_(ON)決定。本文所設(shè)計(jì)的電路中最小導(dǎo)通時(shí)間約為40ns。6、闡述版圖設(shè)計(jì)中需要考慮的因素,如匹配性、抗干擾及寄生效應(yīng)、可靠性等,并展示了所設(shè)計(jì)的帶隙基準(zhǔn)源和單次計(jì)時(shí)器版圖。7、對(duì)論文的不足之處和模塊設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。
【學(xué)位單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN86
【部分圖文】：

第 2 章 同步降壓型 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)基本原理 章 同步降壓型 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)基本壓型 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源的工作及穩(wěn)壓原理降壓型 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源的工作原理同步降壓型 DC-DC 開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng) M1打，二極管截止，當(dāng) M1斷開(kāi)時(shí)，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(kāi)關(guān)管的開(kāi)啟和關(guān)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(dāng)開(kāi)關(guān)電源處于連續(xù)工作模式（CCM）時(shí)，將開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間設(shè)為 DT，在這段時(shí)間流經(jīng)電感的電流變化量為（VIN VOUT）DT L[14]；假設(shè)把開(kāi)關(guān)的關(guān)斷時(shí)間定為(1 D)T，那么在電感上流過(guò)的電流變化量為 VOUT(1 D)T L[15]，當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，在這段時(shí)間內(nèi)在電感上流過(guò)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(gè)周期所用的時(shí)間，TON為開(kāi)啟時(shí)間。公式(2.3)表明，當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，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(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)基本原理在采用了 PWM 控制方式的開(kāi)關(guān)電源電路后，如圖 2-3 所示，內(nèi)部振蕩電路OSC 產(chǎn)生一個(gè)固定的時(shí)鐘頻率。在這個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，輸出電壓會(huì)經(jīng)過(guò)外環(huán)負(fù)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(fù)反饋會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性的三角波，這個(gè)三角波是對(duì)電感峰值進(jìn)行采樣后得到的信號(hào) VSENSE。相比于 VERROR，當(dāng)后者高于前者的時(shí)候，比較器能夠通過(guò)對(duì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行復(fù)位從而使開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通或關(guān)斷，這樣就能通過(guò)控制導(dǎo)通時(shí)間 TON來(lái)調(diào)節(jié)占空比 D，最終實(shí)現(xiàn)使輸出電壓穩(wěn)定的目的[19]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2870582