【摘要】：當(dāng)今時(shí)代,各種便攜式電子產(chǎn)品與人們的衣、食、住、行密不可分。DC-DC開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、航空航天、電力電子器件、工業(yè)控制領(lǐng)域中。目前,我國(guó)的空間站、深空探測(cè)、長(zhǎng)壽命衛(wèi)星等宇航工程正式實(shí)施。新的航天工程對(duì)元器件質(zhì)量、可靠性、壽命、小型化和低功耗等技術(shù)指標(biāo)提出了更新、更高的要求。因此,對(duì)于宇航級(jí)Buck型DC-DC開關(guān)電源的研究與設(shè)計(jì)是非常有必要和有意義的。本文以DC-DC開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)、建模方法的研究現(xiàn)狀和輻射效應(yīng)為出發(fā)點(diǎn)。首先,對(duì)DC-DC開關(guān)變換器系統(tǒng)進(jìn)行研究,主要包括:調(diào)制方式、反饋控制方式和同步整流技術(shù)。其次,對(duì)Buck型變換器系統(tǒng)進(jìn)行建模設(shè)計(jì),主要包括:主電路的建模、電壓控制環(huán)路的功率級(jí)建模,并運(yùn)用matlab-simulink軟件對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。最后,對(duì)Buck型變換器系統(tǒng)中的電路模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析并用Cadence Spectre仿真軟件進(jìn)行仿真;對(duì)其中的關(guān)鍵電路模塊-誤差放大器進(jìn)行輻射分析研究。由于數(shù)學(xué)模型的好壞以及精確度直接關(guān)系到系統(tǒng)的各種性能參數(shù),因此對(duì)DC-DC開關(guān)變換器系統(tǒng)進(jìn)行建模設(shè)計(jì)是對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ),同時(shí)也是關(guān)鍵技術(shù)。通過對(duì)其進(jìn)行建模設(shè)計(jì),從而對(duì)實(shí)際電路的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。本文采用CSMC 0.5μm BCD工藝設(shè)計(jì)了一款Buck型DC-DC開關(guān)電源芯片。該芯片采用電壓控制PWM調(diào)制的方法,運(yùn)用Cadence Spectre仿真軟件對(duì)整體電路進(jìn)行模擬仿真,仿真結(jié)果表明在10V-15V的輸入電壓范圍內(nèi),系統(tǒng)能穩(wěn)定輸出5V的電壓。當(dāng)輸入電壓為15V,負(fù)載電流為500mA時(shí),輸出電壓紋波峰峰值為6mV,電感電流紋波峰峰值為106mA,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在此基礎(chǔ)上,由于誤差放大器在環(huán)路中占有舉足輕重的地位,因此對(duì)其進(jìn)行輻射分析研究并通過找到輻射對(duì)它性能參數(shù)的影響,對(duì)于提高它和整體電路的抗輻射能力具有指導(dǎo)意義。對(duì)開關(guān)管進(jìn)行了加固設(shè)計(jì),通過與原電路對(duì)比,提高了電路的抗輻射能力。
【圖文】：

電子元器件在輻射作用下，將會(huì)產(chǎn)生總劑量效應(yīng)（ＴＩＤ）、單粒子效應(yīng)、劑量逡逑率效應(yīng)、位移效應(yīng)等效應(yīng)，其中ＭＯＳ器件受到總劑量效應(yīng)的影響更大。逡逑總劑量效應(yīng)的物理過程如圖１－３所示［１２］，它主要引起ＭＯＳＦＥＴ閾值電壓漂逡逑移、漏電流增加、跨導(dǎo)下降、遷移率降低等［￣５］。逡逑態(tài)邋一———逡逑（ｎｉｔ）逡逑邐逡逑ｐ．邐被俘獲空穴本＋邋＋邋＝邋＾逡逑電離輻照邐（Ｐｔ）邋＾邐＊逡逑Ｘ逡逑、電子找對(duì)逡逑■逡逑j9邐傳輸逡逑圖１－３輻射總劑量效應(yīng)的物理過程示意圖逡逑集成電路在一定劑量的輻射源的電離輻射作用下，會(huì)在材料內(nèi)部沉積能量，逡逑其Ｓｉ０２層會(huì)產(chǎn)生過剩的電子＿空穴對(duì)，其產(chǎn)生率與材料所吸收的能量成正比。在逡逑外電場(chǎng)的作用下，，電子的遷移率較高大部分電子容易移出Ｓｉ0２層，而一部分的逡逑５逡逑

＿ｃ邋／？ｃ」逡逑式子（３－３）中，Ｕｉ、Ｕ。、Ｄ和ＩＩ分別表示電源電壓、輸出電壓、占空比和逡逑電感電流。運(yùn)用ｒｎａｔｌａｂ－ｓｉｍｕｌｉｎｋ對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模如圖３－２所不。逡逑ｉ0邋邐？＾７＾＞邐￥邐＊邐—１１邐逡逑Ｃｏｎｓｔａｎｔ邐Ｇａｉｎ邐Ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ邋＾逡逑邐ｒｊｒ＾逡逑Ｇａｉｎ３邐邐邋Ｓｃｏｐｅ逡逑＋邋多＞邐＾７）邐？邋ｌ邋邋ｕｏ４１逡逑＾＾邐Ｇａｉｎｌ邐Ｊ邐ｉｎｌｅｇｒａｌｏｒｌ逡逑Ｇａｉｎ２邐邐逡逑圖３－２邋Ｂｕｃｋ型變換器狀態(tài)空間平均法仿真模型逡逑在圖３－２的仿真模型中，上半部分為針對(duì)電感電流ＩＩ的模型實(shí)現(xiàn)；下半部分逡逑為針對(duì)輸出電壓Ｕ。的模型實(shí)現(xiàn)，其仿真波形如圖３－３所示。逡逑６ｉ邐邐邐邐邐邐邐１逡逑Ｉ５邐１邐１逡逑４邋邐＇邐逡逑３邋邋邐邋邐邐邐邋＇逡逑２邋邋邐邐邐ｊ邐ｊ逡逑＜邋１邋邐邐邐邐邐邐邐—邐邐二邐邐邐邐邐逡逑０邋ｒ邐Ｔ＂＂邐．■邋Ｉ邋…邐Ｉ邐．．邋—逡逑0邐０．０５邐０１邐０－１５邐０．２逡逑ｔ／Ｓ逡逑圖３－３狀態(tài)空間平均法仿真波形逡逑１７逡逑
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN86;V442

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本文編號(hào)：2623934