【摘要】：本文分析、設(shè)計了一款電流反饋模式控制PWM單片DC-DC轉(zhuǎn)換器。該DC-DC轉(zhuǎn)換器的特點是內(nèi)置了功率MOSFET，同步整流MOSFET；工作電壓范圍5～25V，輸出電流可以達到穩(wěn)定的2A，輸出電壓根據(jù)輸出電阻可以調(diào)整。轉(zhuǎn)換速率400KHz。該換換器的特點是動態(tài)相應(yīng)快，啟動時輸出電壓和電流過沖小，具有軟啟動特點，輸出紋波小(4～18mV)。由于該轉(zhuǎn)換器將開關(guān)功率管內(nèi)置，而且該芯片具有過流，過穩(wěn)等保護功能，所以客戶使用的時候只需要很少的外圍器件就可以實現(xiàn)完整的開關(guān)電源。 文章首先對單片開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器的各種類型進行了介紹，對電壓反饋和電流反饋兩種控制模式進行了原理闡述和特點對比，然后根據(jù)設(shè)計要求進行了本文整體電路的設(shè)計。然后在現(xiàn)有的工藝模型參數(shù)下分析、設(shè)計芯片內(nèi)各個子電路模塊。重點分析了電流反饋環(huán)路，斜波補償電路，誤差放大器、基準產(chǎn)生電路等幾個模塊。而且由于工藝的限制，對原設(shè)計進行了改變和優(yōu)化，使之能在現(xiàn)有工藝下實現(xiàn)設(shè)計要求并且完成了芯片的layout設(shè)計。 最后，對整體電路和整體layout在0.8μm BiCMOS工藝模型基礎(chǔ)上，使用Cadence的Spectre進行仿真驗證，仿真了不同輸入電壓、不同工作環(huán)境溫度、不同工藝參數(shù)等情況，仿真結(jié)果均達到設(shè)計要求。通過仿真結(jié)果也驗證了本文的設(shè)計實現(xiàn)了設(shè)計思想。
【圖文】：

圖3.6ose111ato:輸出三角波和方波振蕩器仿真結(jié)果如圖3.6所示，輸出固定40K和400K的同步方波和鋸齒波。在無外部輸入時鐘信號時，Lgoci模塊中的同步電路輸入端sny。懸空，通過一個內(nèi)部下拉電阻使同步輸出固定電位;當snyc端輸入大于410HKz時鐘頻率時，每個周期中，同步時鐘輸出高電平對振蕩器電容C。強制放電，使振蕩頻率跟隨外部時鐘頻率。芯片剛剛上電時，輸出電壓很小，這個時候輸出電壓的反饋電壓一直不能達到使PWM比較器翻轉(zhuǎn)的閩值，而這個時候振蕩器內(nèi)部電容的充放電時間由一個電阻竄對基準電壓的分壓和很小的充放電電流決定，，所以如圖3.7所示波型的前部分，頻率始終是一個比較小的固定值，大概是40K;當輸出電壓增加到它的反饋電壓達到PWM比較器翻轉(zhuǎn)的閉值，PWM比較器開始翻轉(zhuǎn)，這時充放電電流增加，蕩器頻率也增加，如圖3.7波型后部分所示。

避免功率管對其它模塊的影響，發(fā)熱對芯片的影響，大電流發(fā)熱量大的電路放在版圖上半部，量小的電路放在版圖下半部分，整個版圖布局上熱量從上往版圖面積，功率管采用梳狀結(jié)構(gòu)盡量減小其面積;圖上優(yōu)化BPIolar器件性能:采用多晶硅發(fā)射極雙極工藝，提高晶體管的電流增益，減小和下降時延，改善其頻率特性;在NPN基區(qū)重新注入一層深硼，形成外基區(qū)，同時這一層也管的集電極和發(fā)射極。此舉減小了基區(qū)電阻，提高了PNP管益;NPP管多設(shè)計成多發(fā)射極對稱型結(jié)構(gòu)，保證了各路電流相匹電路從整個模塊和內(nèi)部電路上盡可能實現(xiàn)對稱分布，減小工分布對基準電壓的影響。通過DRC和VLS驗證的版圖如圖.45所示。
【學(xué)位授予單位】：四川大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP335

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本文編號：2661838