【摘要】：本文分析、設(shè)計(jì)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(diǎn)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(dá)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(diǎn)是動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，啟動(dòng)時(shí)輸出電壓和電流過沖小，具有軟啟動(dòng)特點(diǎn)，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(hù)功能，所以客戶使用的時(shí)候只需要很少的外圍器件就可以實(shí)現(xiàn)完整的開關(guān)電源。 文章首先對(duì)單片開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器的各種類型進(jìn)行了介紹，對(duì)電壓反饋和電流反饋兩種控制模式進(jìn)行了原理闡述和特點(diǎn)對(duì)比，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了本文整體電路的設(shè)計(jì)。然后在現(xiàn)有的工藝模型參數(shù)下分析、設(shè)計(jì)芯片內(nèi)各個(gè)子電路模塊。重點(diǎn)分析了電流反饋環(huán)路，斜波補(bǔ)償電路，誤差放大器、基準(zhǔn)產(chǎn)生電路等幾個(gè)模塊。而且由于工藝的限制，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了改變和優(yōu)化，使之能在現(xiàn)有工藝下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求并且完成了芯片的layout設(shè)計(jì)。 最后，對(duì)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(jìn)行仿真驗(yàn)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(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過仿真結(jié)果也驗(yàn)證了本文的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)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(shí)鐘信號(hào)時(shí)，Lgoci模塊中的同步電路輸入端sny。懸空，通過一個(gè)內(nèi)部下拉電阻使同步輸出固定電位;當(dāng)snyc端輸入大于410HKz時(shí)鐘頻率時(shí)，每個(gè)周期中，同步時(shí)鐘輸出高電平對(duì)振蕩器電容C。強(qiáng)制放電，使振蕩頻率跟隨外部時(shí)鐘頻率。芯片剛剛上電時(shí)，輸出電壓很小，這個(gè)時(shí)候輸出電壓的反饋電壓一直不能達(dá)到使PWM比較器翻轉(zhuǎn)的閩值，而這個(gè)時(shí)候振蕩器內(nèi)部電容的充放電時(shí)間由一個(gè)電阻竄對(duì)基準(zhǔn)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(gè)比較小的固定值，大概是40K;當(dāng)輸出電壓增加到它的反饋電壓達(dá)到PWM比較器翻轉(zhuǎn)的閉值，PWM比較器開始翻轉(zhuǎn)，這時(shí)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(duì)其它模塊的影響，發(fā)熱對(duì)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(gè)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(shí)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(shí)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(jì)成多發(fā)射極對(duì)稱型結(jié)構(gòu)，保證了各路電流相匹電路從整個(gè)模塊和內(nèi)部電路上盡可能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱分布，減小工分布對(duì)基準(zhǔn)電壓的影響。通過DRC和VLS驗(yàn)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：TP335

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