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电流模式降压型DC-DC转换器的设计

作　者: 毛振峰
导　师: 王国裕
学　校: 四川大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: DC-DC转换器电流控制模式电压控制模式斜波补偿带隙基准源
分类号: TP335
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文分析、设计了一款电流反馈模式控制PWM单片DC-DC转换器。该DC-DC转换器的特点是内置了功率MOSFET，同步整流MOSFET；工作电压范围5～25V，输出电流可以达到稳定的2A，输出电压根据输出电阻可以调整。转换速率400KHz。该换换器的特点是动态相应快，启动时输出电压和电流过冲小，具有软启动特点，输出纹波小(4～18mV)。由于该转换器将开关功率管内置，而且该芯片具有过流，过稳等保护功能，所以客户使用的时候只需要很少的外围器件就可以实现完整的开关电源。文章首先对单片开关DC-DC转换器的各种类型进行了介绍，对电压反馈和电流反馈两种控制模式进行了原理阐述和特点对比，然后根据设计要求进行了本文整体电路的设计。然后在现有的工艺模型参数下分析、设计芯片内各个子电路模块。重点分析了电流反馈环路，斜波补偿电路，误差放大器、基准产生电路等几个模块。而且由于工艺的限制，对原设计进行了改变和优化，使之能在现有工艺下实现设计要求并且完成了芯片的layout设计。最后，对整体电路和整体layout在0.8μm BiCMOS工艺模型基础上，使用Cadence的Spectre进行仿真验证，仿真了不同输入电压、不同工作环境温度、不同工艺参数等情况，仿真结果均达到设计要求。通过仿真结果也验证了本文的设计实现了设计思想。

全文目录

引言  6-10
  1.1 国内外发展动态  6-7
  1.2 实用价值和理论意义  7-8
  1.3 本文主要工作  8-10
2. 开关电源拓扑结构和原理分析  10-19
  2.1 开关电源电路拓扑结构  10-11
  2.2 开关电源的控制方式  11-12
  2.3 新型单片式电源转换器  12-19
    2.3.1 电压控制模式开关电源转换器  12-13
    2.3.2 电流模式控制开关电源转换器  13-16
      2.3.2.1 峰值电流模式控制  13-15
      2.3.2.2 平均电流模式控制  15-16
    2.3.3 电流模式与电压模式开关电源转换器的比较  16-19
3. 电路设计与仿真  19-45
  3.1 总体电路设计  19-21
  3.2 电流反馈环路和斜波补偿电路的实现  21-26
    3.2.1 斜波补偿的必要性  21-22
    3.2.2 电流反馈环路和斜波补偿电路的实现  22-26
      3.2.2.1 Oscillator(振荡器)  22-25
      3.2.2.2 电流反馈环路  25-26
  3.3 电压反馈环路和误差放大器的实现  26-29
  3.4 带隙基准  29-36
    3.4.1 基本基准电路  29-33
      3.4.1.1 齐纳二极管基准源  29-30
      3.4.1.2 带隙基准  30-32
      3.4.1.3 XFET电压基准  32-33
    3.4.2 本文中的基准电路  33-36
  3.5 PWM比较器  36-38
  3.6 内部电压调节器  38-43
    3.6.1 内部电压调节器电路  38-40
    3.6.2 内部电压调节器电路的改进  40-43
  3.7 功率管的设计  43-45
    3.7.1 功率管导通电阻  43-44
    3.7.2 功率管响应时间  44-45
4. 总体电路仿真和版图设计  45-54
  4.1 总体电路仿真  45-48
    4.1.1 不同电源电压，不同负载电阻的仿真结果  45-47
    4.1.2 不同工作环境温度仿真  47
    4.1.4 系统有电流反馈和没有电流反馈的仿真比较  47-48
  4.2 版图设计与工艺  48-54
参考文献  54-57
7. 附录  57-58
8. 声明  58-59
致谢  59

电流模式降压型DC-DC转换器的设计

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