本文關(guān)鍵詞：一款同步恒流恒壓控制的降壓型變換器的研究與設(shè)計

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【摘要】：隨著電子電力技術(shù)的迅猛發(fā)展,便攜式手持式設(shè)備種類和數(shù)量的日益增多,集成化電源管理系統(tǒng)已經(jīng)在通信,電子計算機,消費類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,移動終端的電源管理系統(tǒng)集成化程度越來越高。高頻化、小型化、集成化已經(jīng)成為未來電源管理芯片的主要發(fā)展趨勢,如何在大范圍、大波動輸入電壓條件下保持穩(wěn)定工作、輸出紋波小、對負(fù)載變化及時反應(yīng)并作出相應(yīng)調(diào)整和保證開關(guān)電源在降低自身功耗的同時提高其轉(zhuǎn)換率的要求已成為芯片研究與設(shè)計的關(guān)鍵。本論文在深入分析了Buck型DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的工作原理、調(diào)制模式、電流環(huán)的穩(wěn)定性以及電壓環(huán)路頻率補償?shù)确矫娴幕A(chǔ)上設(shè)計了一款同步恒流恒壓控制的降壓型DC-DC變換器芯片。該芯片的輸入電壓范圍為8.5~36V,典型值為12V,輸出電壓范圍為1.2~28V,典型值為5V,最大負(fù)載電流高達9.6A,采用225kHz的固定開關(guān)頻率,采用同步整流技術(shù),芯片外部連接N型功率開關(guān)管和N型續(xù)流管,簡化了系統(tǒng)內(nèi)部電路的設(shè)計,減小了驅(qū)動損耗和導(dǎo)通損耗同時減小了芯片面積。論文提出了一種新穎的恒流啟動控制電路,通過外掛電阻控制輸出電流,與傳統(tǒng)啟動電路相比啟動時間短,電感電流在幾個周期內(nèi)快速上升至恒定峰值,維持恒流充電,輸出電壓快速上升,因此有效保證了啟動過程中的帶載能力。該芯片采用PWM/PFM混合調(diào)制模式,當(dāng)輸出電流較大時芯片處于PWM調(diào)制模式,當(dāng)輸出電流較小時芯片進入PFM模式,在此模式下,當(dāng)芯片進入休眠模式時,關(guān)斷芯片大部分模塊,僅保留基本的模塊以減小靜態(tài)功耗,提高芯片輕載時的效率。芯片內(nèi)部具有可以把輸入電壓轉(zhuǎn)化為芯片內(nèi)部需要的5V電壓的預(yù)調(diào)制電路,還集成了過溫保護、過壓保護、欠壓關(guān)斷等保護模塊,提高了工作效率。正常工作條件下轉(zhuǎn)換效率可達94%,從而節(jié)約成本同時減小了額外的花費。本文提出的同步恒流恒壓控制的降壓型變換器采用0.35μm標(biāo)準(zhǔn)BCD工藝,在Cadence軟件平臺下,利用Spectre仿真環(huán)境在不同的工藝角和不同的環(huán)境溫度下對所設(shè)計的芯片子模塊以及系統(tǒng)整體功能完成了仿真驗證。從仿真結(jié)果來看,很好地實現(xiàn)了恒流控制功能。此款芯片適用于車載充電器/適配器、便攜式充電設(shè)備、通用CC/CV充電應(yīng)用等方面。目前該芯片已完成流片,正在進行測試。
【關(guān)鍵詞】：開關(guān)電源 恒流恒壓 降壓型 DC-DC
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM46
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號對照表11-13
• 縮略語對照表13-16
• 第一章 緒論16-20
• 1.1 論文的研究背景及意義16-17
• 1.2 開關(guān)電源的介紹17-19
• 1.3 論文的主要工作與章節(jié)安排19-20
• 第二章 DC-DC變換器原理概述20-32
• 2.1 Buck型DC-DC變換器的工作模式20-24
• 2.1.1 電流連續(xù)導(dǎo)通模式20-22
• 2.1.2 電流不連續(xù)導(dǎo)通模式22-24
• 2.2 DC-DC變換器的調(diào)制模式24-25
• 2.3 Buck型DC-DC變換器的控制方式25-28
• 2.3.1 電壓型PWM控制方式25-26
• 2.3.2 電流型PWM控制方式26-28
• 2.4 Buck型DC-DC變換器的功耗分析28-32
• 第三章 系統(tǒng)設(shè)計及整體框架32-46
• 3.1 同步整流技術(shù)32-34
• 3.2 環(huán)路穩(wěn)定性分析34-39
• 3.2.1 電流環(huán)穩(wěn)定性分析及斜坡補償34-36
• 3.2.2 電壓環(huán)穩(wěn)定性分析36-39
• 3.3 系統(tǒng)設(shè)計39-42
• 3.3.1 芯片的整體描述39-40
• 3.3.2 芯片應(yīng)用與引腳定義40-41
• 3.3.3 系統(tǒng)性能框圖和工作原理41-42
• 3.4 恒流啟動原理42-46
• 第四章 關(guān)鍵子模塊設(shè)計與仿真46-64
• 4.1 帶隙基準(zhǔn)模塊46-50
• 4.1.1 工作原理46-47
• 4.1.2 電路設(shè)計47-50
• 4.1.3 仿真分析50
• 4.2 誤差放大器50-54
• 4.2.1 工作原理50-51
• 4.2.2 電路設(shè)計51-53
• 4.2.3 仿真分析53-54
• 4.3 電流采樣和斜坡補償電路54-58
• 4.3.1 電流采樣工作原理54-55
• 4.3.2 電流采樣電路設(shè)計55-57
• 4.3.3 斜坡補償電路設(shè)計57-58
• 4.3.4 仿真分析58
• 4.4 保護電路58-64
• 4.4.1 過溫保護電路設(shè)計58-61
• 4.4.2 過溫保護仿真分析61
• 4.4.3 欠壓保護電路設(shè)計61-64
• 第五章 整體電路仿真與版圖設(shè)計64-74
• 5.1 整體電路仿真64-70
• 5.1.1 整體仿真電路圖64
• 5.1.2 整體功能仿真波形64-68
• 5.1.3 外圍器件的選擇68-70
• 5.2 芯片版圖設(shè)計70-74
• 5.2.1 版圖設(shè)計過程與規(guī)則70-71
• 5.2.2 子模塊的版圖設(shè)計71-73
• 5.2.3 整體版圖設(shè)計73-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-76
• 參考文獻76-80
• 致謝80-82
• 作者簡介82-83

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本文編號：993454