一種超低功耗高效率降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間：2020-07-15 23:47

【摘要】：隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,開關(guān)電源已經(jīng)進(jìn)入了高度集成化的時(shí)代。便攜式設(shè)備、移動(dòng)終端等市場(chǎng)主流產(chǎn)品對(duì)DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片的要求越來(lái)越高,超低功耗、高效率、小體積成為了DC-DC最主要的研究方向。在分析當(dāng)前國(guó)內(nèi)外開關(guān)電源發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,對(duì)超低功耗DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片開展了深入研究,設(shè)計(jì)了一種高效率的降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片,要求其輸入電壓為2.8V到6V,可直接使用紐扣電池(3.3V)及USB(5V)供電,輸出電壓為1.8V,輸出電壓紋波小于3mV,最大輸出電流為300mA,最大轉(zhuǎn)換效率在90%以上。設(shè)計(jì)各模塊電路適應(yīng)2.8~6V的寬電源電壓范圍,以消除電源分配模塊,避免額外功耗;選用同步整流技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整管的續(xù)流,大大降低了續(xù)流器件的功耗;各模塊電路的靜態(tài)偏置電流極低;采用閉環(huán)補(bǔ)償電路,降低了系統(tǒng)靈敏度,提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)。采用0.18μm的CMOS工藝對(duì)所設(shè)計(jì)的DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片電路進(jìn)行了仿真分析,得到在2.8V~6V的輸入電壓范圍內(nèi)輸出電壓穩(wěn)定在1.8V,直流電源電壓調(diào)整率為3.75mV/V,輸入電壓為3.3V和5V輸出電壓的溫度系數(shù)分別為32.13ppm和49.42ppm,最大轉(zhuǎn)換效率90.06%,輸出電壓紋波小于0.77mV,輸入電壓為3.3V和5V時(shí)的負(fù)載調(diào)整率分別為0.27μV/mA和0.66μV/mA。該電路的CAD仿真結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM46;TN402
【圖文】：

基本結(jié)構(gòu),電路,開關(guān)電源

在可變電阻區(qū)，導(dǎo)通電阻極小。所以不論是開通或功耗都較小，使得開關(guān)電源可以達(dá)到比較高的效率換器作為開關(guān)電源較為常見的一種，其基本原理就處于開通和關(guān)斷，把輸入的直流電壓通過(guò)電感和電流電壓平穩(wěn)輸出。撲結(jié)構(gòu)是因?yàn)榇嬖谥喾N電路的組成結(jié)構(gòu)，才使得其可以的功能，下面將介紹開關(guān)電源三類最常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)：Buck、Boost、Buck-Boost[19]。換電路原理電路又稱為降壓型轉(zhuǎn)換電路，它使得輸出的直流電電壓值 Vin，其典型的電路結(jié)構(gòu)圖如下圖 2.1 所示。

等效電路圖,等效電路圖,狀態(tài),開關(guān)管

圖 2.2 Buck 開通狀態(tài)等效電路圖驅(qū)使功率開關(guān)管處在開通狀態(tài)時(shí)，二極管截止，其等Vin通過(guò)開關(guān)管向負(fù)載供電，流過(guò)電感 L 的電流 iL線狀態(tài)，隨著輸出電壓的逐漸增大，這時(shí)的電容 C 也壓值達(dá)到一定閾值時(shí)，輸出端的反饋采樣電阻得到的過(guò)后面的邏輯驅(qū)動(dòng)電路改變高低電平以驅(qū)動(dòng)功率開驅(qū)使功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，其等效電路圖如下圖 2.3 所個(gè)電路回路依然穩(wěn)定。由于電感電流不能突變、電容二極管形成的回路，負(fù)載電流由處于放電狀態(tài)的電 iL線性減小，電容兩端的電壓也逐漸減小，此時(shí)輸壓值小到一定閾值后，反饋采樣電阻得到的采樣電壓邏輯控制電路改變高低電平以驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管再次作周期，輸入電壓通過(guò)開關(guān)管給電感 L 和電容 C 再

等效電路圖,關(guān)斷狀態(tài),等效電路圖