發(fā)布時間：2020-11-14 14:17

　　 隨著半導(dǎo)體技術(shù)和芯片設(shè)計能力的發(fā)展,高效率、低成本、更穩(wěn)定且能夠應(yīng)用于更多場合的電源管理芯片得到國家的重視,但我國電源管理芯片的設(shè)計能力相對薄弱。作為DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片中必不可少的一類芯片——降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器,寬輸入高效降壓型的DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義,因此本文設(shè)計了一種寬輸入高效率的BUCK型DC-DC轉(zhuǎn)換器。傳統(tǒng)的BUCK型DC-DC轉(zhuǎn)換器因其固定輸入電壓或者輸入電壓范圍較窄等問題,限制了其應(yīng)用范圍。針對該類問題,融合耐高壓的線性穩(wěn)壓器的寬輸入框架和耐高壓、高精度的電流采樣框架,提出了一種集成耐高壓寬輸入線性穩(wěn)壓器模塊和耐高壓的電流采樣電路模塊,通過該模塊使轉(zhuǎn)換器能夠工作在較大的輸入電壓范圍,實(shí)測可以實(shí)現(xiàn)5-35 V的電壓輸入。針對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電壓精度低和響應(yīng)速度慢的問題,提出了一種融合脈沖寬度調(diào)制方式(PWM)和電流模式控制的系統(tǒng)反饋環(huán)路;同時,采用同步整流技術(shù)提高轉(zhuǎn)換器的效率,設(shè)計了集成線性穩(wěn)壓器的供電選擇邏輯來進(jìn)一步降低內(nèi)部線性穩(wěn)壓器部分的功率損耗,通過該方案有效地提高了轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率;在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部集成了可進(jìn)行系統(tǒng)工作頻率調(diào)節(jié)以及可與外部輸入時鐘頻率同步的振蕩器模塊,使得轉(zhuǎn)換器工作頻率可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用靈活選擇,以實(shí)現(xiàn)工作頻率最優(yōu)化。針對轉(zhuǎn)換器可能出現(xiàn)過流、過壓等問題損毀系統(tǒng)內(nèi)部電路結(jié)構(gòu),完成了一種簡單高效的輸出過流保護(hù)、過零保護(hù)等相應(yīng)保護(hù)模塊的設(shè)計。本轉(zhuǎn)換器基于SMIC公司0.18μm的BCD工藝,利用Cadence工具完成關(guān)鍵模塊的電路設(shè)計、電路仿真和電路優(yōu)化,以滿足系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)的要求。仿真結(jié)果表明轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)90%以上,其中當(dāng)負(fù)載電流為2 A附近可達(dá)到93%,輸入電壓范圍為5-35 V,同時輸出電壓紋波峰峰值小于19 mV、線性調(diào)整率為0.012%、負(fù)載調(diào)整率為0.0068%,轉(zhuǎn)換器的工作頻率為100 KHz-1000 KHz,實(shí)現(xiàn)了寬輸入、高效率的設(shè)計要求。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN43
【部分圖文】：

(a) (b)圖 3-2 (a) 線性穩(wěn)壓器電路的輸入輸出仿真結(jié)果；(b) 線性穩(wěn)壓器電路的環(huán)路穩(wěn)定性仿真結(jié)果3.1.2 電流采樣模塊設(shè)計與分析電流采樣模塊主要采樣電感電流的變化，作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率管導(dǎo)通占空比的一個反饋信號。采樣電感電流變化的方式主要有：（1）在電感支路上串聯(lián)一個小電阻，將電感電流變化轉(zhuǎn)換成這個小電阻上電壓的變化，這個電壓變化作為采樣模塊的輸入；（2）直接采樣功率管源漏兩端的電壓變化，根據(jù)功率管導(dǎo)通時的等效電阻，可以得到功率管電流的變化；（3）直接采樣電感兩端的電壓變化，根據(jù)電感電壓和電感電流的微分關(guān)系，這個電壓變化經(jīng)積分操作后即可以得到電感電流的變化；（4）用一個跟功率管成一定比例的 MOS 管來采樣功率管的電流變化，這個MOS管的源柵漏各端口同功率管接相同的電位，根據(jù)電流鏡的比例關(guān)系可以同步采樣電感電流[30-32]。本文將采用串聯(lián)電阻方式來采樣電感電流的變化，本文設(shè)計的電流采樣電路如圖 3-3 所示。其工作過程為：電流采樣電路正常工作時，MHA、MHB、MHC 以及三極管

圖 3-4 電流采樣電路的仿真結(jié)果關(guān)鍵模塊的設(shè)計分析可知：高效率指標(biāo)將主要從系統(tǒng)靜態(tài)功耗以方案有增加了內(nèi)部線性穩(wěn)壓器的選擇邏輯電路以控制的驅(qū)動電路。本節(jié)主要對這些電路進(jìn)行設(shè)計輯模塊設(shè)計與分析模塊主要是根據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出電壓值的高低來-B 工作的信號 VLDO_ctr，即選擇是由輸入電壓還是為線性穩(wěn)壓器的供電電壓。本文設(shè)計的供電選擇A

圖 3-7 供電選擇邏輯輸出電壓的仿真結(jié)果電壓在 0 到 12 V 范圍內(nèi)變化時供電選擇邏輯知，在 A 和 C 點(diǎn)為低電位時，供電選擇邏輯電位時，且輸出電壓 VOUT在達(dá)到閾值 4.75 V電選擇邏輯輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，滿足設(shè)計的要求，電壓作為內(nèi)部線性穩(wěn)壓器的供電電源，獲得相模塊分析與設(shè)計塊主要產(chǎn)生合適的功率管驅(qū)動脈沖以及續(xù)流管間[33,34]，避免如功率管柵極驅(qū)動信號已經(jīng)變低行放電，在未放電結(jié)束功率管柵極尚有一定電高，此時的功率管和續(xù)流管出現(xiàn)一起導(dǎo)通的現(xiàn)下，為得到低的等效導(dǎo)通阻抗以獲的較低的導(dǎo)
【參考文獻(xiàn)】

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1 ;Altera張偉超:模塊化、數(shù)字化、智能化是未來電源發(fā)展趨勢[J];電源世界;2015年10期

2 楊林才;馮全源;;一種峰值電流模式下的輕載高效Buck轉(zhuǎn)換器設(shè)計[J];微電子學(xué)與計算機(jī);2014年01期

3 王洪祥;趙野;黑勇;;一種帶有遲滯比較器的新型RC振蕩器[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2013年18期

4 郝志燕;姜巖峰;鮑嘉明;鞠家欣;;DC-DC電源管理芯片中死區(qū)時間的研究[J];微電子學(xué);2012年06期

5 徐祥柱;王易;陳程;明鑫;賈鯤鵬;張波;;一種DC/DC斜坡補(bǔ)償電路的設(shè)計[J];中國集成電路;2011年07期

6 李宏;趙家貝;;淺析高頻開關(guān)電源的發(fā)展[J];電氣應(yīng)用;2011年04期

7 裴杰;王江燕;;DC/DC轉(zhuǎn)換器中電流采樣電路的設(shè)計[J];電子科技;2009年04期

8 王學(xué)梅;張波;丘東元;;DC-DC變換器主要技術(shù)發(fā)展綜述[J];電源世界;2008年05期

9 郭鵬;沈相國;;LDO的三種頻率補(bǔ)償方案實(shí)現(xiàn)[J];電子器件;2006年03期

10 王鳳巖;許峻峰;許建平;;開關(guān)電源控制方法綜述[J];機(jī)車電傳動;2006年01期

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1 陳琛;便攜式電子設(shè)備用多功能、多模式電池與電源管理芯片的研究與設(shè)計[D];浙江大學(xué);2009年

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1 徐鵬舉;LDO穩(wěn)定性及瞬態(tài)響應(yīng)特性的研究[D];電子科技大學(xué);2017年

2 廖天澄;一種寬負(fù)載范圍高效率BUCK型DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究[D];電子科技大學(xué);2016年

3 羅勇;一種高效率寬輸出電壓范圍的降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2015年

4 趙淑佩;一款高效同步降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器XD38873的研究與設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2015年

5 辛穎;一款高效同步峰值電流模Buck型DC-DC轉(zhuǎn)換器XD1338的設(shè)計[D];西安電子科技大學(xué);2015年

6 張壤勻;低損耗電流型的Buck DC-DC變換器的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

7 柯普仁;寬輸入范圍的電流模降壓型DC/DC的研究與設(shè)計[D];電子科技大學(xué);2015年

8 王程左;采用新型無損電流采樣的同步整流BUCK DC-DC控制器研究[D];電子科技大學(xué);2015年

9 張磊;電流控制模式PWM降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

10 樊繼斌;BUCK型DC/DC開關(guān)電源芯片的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2009年

本文編號：2883568