本文關(guān)鍵詞：恒定導(dǎo)通時間控制的Buck型DC-DC轉(zhuǎn)換器XD1593的設(shè)計

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【摘要】：近些年,隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展進步,手機、筆記本電腦和相機等便攜式電子產(chǎn)品越來越多地出現(xiàn)在人們的日常生活中。這些電子產(chǎn)品核心的組成部分就是電源,因此電源性能的好壞直接影響著電子產(chǎn)品的續(xù)航能力和使用壽命。要使電子產(chǎn)品的性能更加優(yōu)良,關(guān)鍵是要優(yōu)化電源的性能。目前,電源主要分為線性電源和開關(guān)電源。線性電源的轉(zhuǎn)換效率低、不利于節(jié)能環(huán)保,因此線性電源逐步被開關(guān)電源所代替。正是因為開關(guān)電源具備功耗小、轉(zhuǎn)換效率高、生產(chǎn)成本低這些優(yōu)點,才被廣泛應(yīng)用于各個電子領(lǐng)域。本文首先對開關(guān)電源技術(shù)進行了概述,并且介紹了開關(guān)電源的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、分類與應(yīng)用;然后簡述了DC-DC轉(zhuǎn)換器的理論基礎(chǔ),重點介紹了降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓撲結(jié)構(gòu)、工作模式、調(diào)制方式以及控制模式;并且在此基礎(chǔ)上討論了本文所設(shè)計芯片的功能特點、系統(tǒng)架構(gòu)、工作原理以及穩(wěn)定性問題,對系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵子模塊電路進行原理分析和功能仿真驗證;最后對整體電路的功能特性進行仿真驗證,并給出版圖布局。本文所設(shè)計的轉(zhuǎn)換器芯片采用的是恒定導(dǎo)通時間(COT)控制模式,這種控制模式電路不需要誤差放大器和環(huán)路補償網(wǎng)絡(luò),因此系統(tǒng)的架構(gòu)簡單、瞬態(tài)響應(yīng)速度快。轉(zhuǎn)換器根據(jù)負載電流的大小選擇工作模式,在重載時選擇連續(xù)導(dǎo)通工作模式,在輕載時選擇非連續(xù)導(dǎo)通工作模式;芯片采用同步整流技術(shù),使得系統(tǒng)在重載狀態(tài)下轉(zhuǎn)換效率最高可以達到96%,在輕載狀態(tài)下轉(zhuǎn)換效率高于85%;芯片的輸入電壓范圍為4.2V~16V,輸出電壓范圍為0.805V~13V,輸出電流最大可以達到3A;芯片的內(nèi)部集成了欠壓鎖存、過溫保護、過流保護、過零檢測等保護模塊,提高了芯片的可靠性。芯片XD1593基于0.18μm BCD30V工藝,使用Cadence和Spectre仿真工具對芯片的關(guān)鍵子模塊及整體電路進行仿真驗證。仿真結(jié)果表明,芯片的各項性能指標能夠達到設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器 恒定導(dǎo)通時間 瞬態(tài)響應(yīng)快 同步整流
【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16-22
• 1.1 開關(guān)電源技術(shù)的概述16-17
• 1.2 開關(guān)電源的發(fā)展歷程17
• 1.3 開關(guān)電源研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢17-19
• 1.4 開關(guān)電源的分類與應(yīng)用19
• 1.5 主要工作及章節(jié)安排19-22
• 第二章 DC-DC轉(zhuǎn)換器的分類及原理分析22-38
• 2.1 DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓撲結(jié)構(gòu)及原理22-28
• 2.1.1 Buck型轉(zhuǎn)換器22-24
• 2.1.2 Boost型轉(zhuǎn)換器24-26
• 2.1.3 Buck-Boost型轉(zhuǎn)換器26-28
• 2.2 Buck型DC-DC轉(zhuǎn)換器的工作模式28-32
• 2.3 Buck型DC-DC轉(zhuǎn)換器的調(diào)制方式32-33
• 2.3.1 脈沖寬度調(diào)制32
• 2.3.2 脈沖頻率調(diào)制32-33
• 2.3.3 脈沖跨周期調(diào)制33
• 2.4 Buck型DC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋控制模式33-38
• 2.4.1 電壓型PWM控制模式33-34
• 2.4.2 峰值電流型PWM控制模式34-35
• 2.4.3 遲滯控制模式35-36
• 2.4.4 恒定導(dǎo)通時間控制模式36-38
• 第三章 XD1593系統(tǒng)設(shè)計及分析38-52
• 3.1 XD1593的系統(tǒng)級概述38-41
• 3.1.1 整體芯片的簡介38
• 3.1.2 XD1593的應(yīng)用場所38-39
• 3.1.3 XD1593的典型應(yīng)用電路39
• 3.1.4 封裝及引腳說明39-40
• 3.1.5 XD1593主要電特性指標40-41
• 3.2 XD1593功能框圖及內(nèi)部模塊設(shè)計41-43
• 3.2.1 內(nèi)部功能框圖41
• 3.2.2 XD1593內(nèi)部模塊設(shè)計41-43
• 3.3 XD1593工作原理43-46
• 3.4 外圍器件的設(shè)計46-48
• 3.4.1 電阻的選取46-47
• 3.4.2 電容的選取47-48
• 3.4.3 電感的選取48
• 3.5 系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析48-52
• 3.5.1 輸出電容的ESR對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響48-50
• 3.5.2 外部斜坡補償電路50-52
• 第四章 XD1593關(guān)鍵模塊設(shè)計與仿真52-70
• 4.1 軟啟動/軟關(guān)斷模塊52-54
• 4.1.1 功能描述52
• 4.1.2 電路設(shè)計52-53
• 4.1.3 仿真驗證及結(jié)果說明53-54
• 4.2 帶隙基準模塊54-58
• 4.2.1 功能描述54
• 4.2.2 帶隙基準的基本原理54-56
• 4.2.3 電路設(shè)計56-57
• 4.2.4 仿真驗證及結(jié)果說明57-58
• 4.3 欠壓鎖存模塊58-61
• 4.3.1 功能描述58-59
• 4.3.2 電路設(shè)計59-60
• 4.3.3 仿真驗證及結(jié)果說明60-61
• 4.4 過溫保護模塊61-63
• 4.4.1 功能描述61
• 4.4.2 電路設(shè)計61-62
• 4.4.3 仿真驗證及結(jié)果說明62-63
• 4.5 定時器模塊63-65
• 4.5.1 功能描述63
• 4.5.2 電路設(shè)計63-64
• 4.5.3 仿真驗證及結(jié)果說明64-65
• 4.6 過零檢測模塊65-70
• 4.6.1 功能描述65
• 4.6.2 電路設(shè)計65-67
• 4.6.3 仿真驗證及結(jié)果說明67-70
• 第五章 芯片XD1593整體仿真驗證及版圖設(shè)計70-78
• 5.1 系統(tǒng)啟動70-72
• 5.1.1 系統(tǒng)隨VIN的啟動70-71
• 5.1.2 系統(tǒng)隨EN的啟動71-72
• 5.2 輸出電壓的紋波72-74
• 5.3 線性瞬態(tài)響應(yīng)74
• 5.4 負載瞬態(tài)響應(yīng)74-75
• 5.5 系統(tǒng)的效率75-76
• 5.6 XD1593版圖的設(shè)計76-78
• 第六章 結(jié)論與展望78-80
• 參考文獻80-84
• 致謝84-86
• 作者簡介86-87

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