本文關(guān)鍵詞：一種寬負(fù)載范圍高效率的單電感雙輸出DC-DC變換器的設(shè)計(jì)

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【摘要】：SIDO開關(guān)變換器由于省去了一個(gè)片外電感,降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本,近年來在電源管理領(lǐng)域中得到廣泛關(guān)注。采用多模式控制可以更加靈活、高效地為SoC系統(tǒng)的各模塊供電,故多模式控制方法已成為研究熱點(diǎn)。但是,SIDO開關(guān)變換器還存在兩路輸出負(fù)載范圍較小,效率不高等方面的問題,已成為制約SIDO開關(guān)變換器進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。本文設(shè)計(jì)了一種新型的自適應(yīng)PWM/PSM切換模式SIDO開關(guān)變換器,能夠?qū)崿F(xiàn)兩路寬負(fù)載范圍的輸出,并且在全負(fù)載范圍內(nèi)變換器都能獲得高效率。本文首先研究了變換器在轉(zhuǎn)換周期中的自身損耗,包括功率級(jí)的開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗,分析了各個(gè)損耗隨負(fù)載的變化關(guān)系,得出了模式切換的最佳切換點(diǎn)。提出了動(dòng)態(tài)關(guān)斷策略,降低了變換器的靜態(tài)功耗,同時(shí)根據(jù)兩路負(fù)載大小的不同,將變換器的負(fù)載分為兩路重載,兩路輕載,一路重載一路輕載三個(gè)范圍,研究并確定了在不同的負(fù)載范圍變換器的合理控制模式,以提高變換器的效率。為了實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)模式切換方式,本文設(shè)計(jì)了用于負(fù)載檢測(cè)的過零檢測(cè)電路和次級(jí)占空比檢測(cè)電路,同時(shí)設(shè)計(jì)了用于自動(dòng)調(diào)整變換器工作模式的模式控制切換電路等。在電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,基于CHART 0.18μmCMOS工藝,對(duì)SIDO開關(guān)變換器進(jìn)行了版圖設(shè)計(jì)與后仿真。后仿真結(jié)果表明SIDO變換器能夠?qū)崿F(xiàn)兩路0-250mA的寬負(fù)載范圍輸出,重載下的峰值效率達(dá)到91%,在輕載下變換器效率都在84%以上。在PWM模式下,變換器兩路輸出電壓的紋波都小于10mV,PWM/PSM模式切換下兩路紋波小于30mV,基本達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。
【關(guān)鍵詞】：SIDO變換器 寬負(fù)載范圍 負(fù)載檢測(cè) PWM/PSM模式切換 效率
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM46
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 課題背景8-9
• 1.2 研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 論文主要工作11-12
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)12-14
• 第二章 寬負(fù)載高效率SIDO控制電路的原理分析14-30
• 2.1 SIDO的工作原理14-20
• 2.1.1 PWM工作模式14-17
• 2.1.2 PWM/PSM工作模式17-20
• 2.2 損耗及效率分析20-26
• 2.2.1 PWM模式下的損耗20-22
• 2.2.2 PWM模式下變換器效率分析22-24
• 2.2.3 PWM/PSM模式切換下?lián)p耗分析24
• 2.2.4 損耗對(duì)比24-26
• 2.3 SIDO的模式切換控制策略26-28
• 2.3.1 PWM/PSM模式切換控制26-27
• 2.3.2 動(dòng)態(tài)關(guān)斷策略27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 第三章 寬負(fù)載高效率SIDO開關(guān)變換器電路設(shè)計(jì)及仿真30-58
• 3.1 SIDO開關(guān)變換器整體架構(gòu)設(shè)計(jì)30-31
• 3.2 功率級(jí)設(shè)計(jì)31-34
• 3.2.1 主級(jí)功率管尺寸設(shè)計(jì)31-32
• 3.2.2 次級(jí)功率管尺寸設(shè)計(jì)32
• 3.2.3 驅(qū)動(dòng)及死區(qū)電路設(shè)計(jì)32-34
• 3.3 振蕩器電路設(shè)計(jì)34-36
• 3.4 紋波控制電路設(shè)計(jì)36-38
• 3.5 負(fù)載檢測(cè)電路設(shè)計(jì)38-45
• 3.5.1 過零檢測(cè)電路設(shè)計(jì)39-40
• 3.5.2 次級(jí)占空比檢測(cè)電路設(shè)計(jì)40-42
• 3.5.3 模式切換標(biāo)志位產(chǎn)生電路42-44
• 3.5.4 數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生電路44-45
• 3.6 補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)45-51
• 3.6.1 功率級(jí)設(shè)計(jì)45
• 3.6.2 主環(huán)補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)45-49
• 3.6.3 次環(huán)補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)49-51
• 3.7 SIDO開關(guān)變換器整體仿真51-56
• 3.7.1 PWM工作模式51-52
• 3.7.2 PWM/PSM工作模式52-54
• 3.7.3 瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間和負(fù)載調(diào)整率54-55
• 3.7.4 效率仿真55-56
• 3.8 本章小結(jié)56-58
• 第四章 版圖設(shè)計(jì)及后仿真58-66
• 4.1 版圖設(shè)計(jì)58-60
• 4.1.1 版圖可靠性設(shè)計(jì)58-59
• 4.1.2 主級(jí)和次級(jí)功率管版圖設(shè)計(jì)59-60
• 4.1.3 整體版圖設(shè)計(jì)60
• 4.2 電路后仿真60-64
• 4.2.1 PWM工作模式后仿真61
• 4.2.2 PWM/PSM工作模式后仿真61
• 4.2.3 瞬態(tài)響應(yīng)和負(fù)載調(diào)整率61-62
• 4.2.4 系統(tǒng)效率后仿真62-63
• 4.2.5 設(shè)計(jì)指標(biāo)、前仿真結(jié)果與后仿真結(jié)果對(duì)比63-64
• 4.3 本章小結(jié)64-66
• 第五章 總結(jié)與展望66-68
• 5.1 總結(jié)66
• 5.2 展望66-68
• 致謝68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 作者簡(jiǎn)介74

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1 張力文;一種寬負(fù)載范圍高效率的單電感雙輸出DC-DC變換器的設(shè)計(jì)[D];東南大學(xué);2015年

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