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PWM/PFM自动切换降压DC-DC转换器的分析与设计

作　者: 谭春玲
导　师: 常昌远
学　校: 东南大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 脉冲宽度调制(PWM) 脉冲频率调制(PFM) PWM/PFM自动切换 DC-DC转换器
分类号: TP335
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着消费电子产业的蓬勃发展, DC-DC转换器在电子产品里得到了广泛的应用。由于便携式电子产品中电池容量有限,因此必须提高DC-DC转换器的电源转换效率以延长电池的使用时间。本文首先介绍了降压DC-DC转换器的主电路结构及工作原理,讨论了DC-DC转换器的功率损耗源,分析了脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)、脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)和PWM/PFM混合控制等DC-DC转换器的控制方法及其电源效率。分析结果表明重载情况下PWM控制模式效率较高,轻载情况下PFM控制模式效率较高,因此提出了根据负载情况实现PWM/PFM自动切换以降低功耗、提高电源效率的控制方法,将相加模式PWM(Summing Mode Control PWM)、跳周期(Skipping Cycles)和限流(Current Limited)相结合的PFM整合于一个系统中,使整个系统高效协调的工作。本文采用0.5μm CMOS工艺,设计了基准电压源、误差放大器、电流反馈电路、加法器Mixer、振荡器OSC、PWM/PFM选择等关键电路,并对这些模块及其构成系统的性能进行模拟和调试,仿真结果表明,系统能够正常工作,实现了PWM/PFM的自动切换,性能指标基本满足设计要求。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章引言  8-12
  1.1 DC-DC转换器的研究背景  8-10
  1.2 研究的目的和意义  10-11
  1.3 论文的主要工作  11-12
第二章降压DC-DC转换器的理论分析与控制方式选择  12-23
  2.1 DC-DC转换器简介  12-13
  2.2 降压型DC-DC转换器的主电路及其工作原理  13-14
  2.3 DC-DC转换器的功率损耗源  14-15
  2.4 DC-DC转换器的控制方法  15-23
    2.4.1 PWM( Pulse Width Modulation )控制理论及分析  15-19
      2.4.1.1 PWM 控制方法  15-16
      2.4.1.2 PWM控制下降压型DC-DC转换器稳态分析  16-19
    2.4.2 PFM（Pulse Frequency Modulation）控制理论及分析  19-22
      2.4.2.1 PFM控制方法  19-20
      2.4.2.2 PFM控制下降压DC-DC转换器稳态分析  20-22
    2.4.3 PWM/PFM混合控制  22-23
第三章 PWM/PFM自动切换降压DC-DC转换器的分析与设计  23-45
  3.1 系统设计要求  23
  3.2 系统分析与设计  23-27
    3.2.1 所设计的DC-DC转换器系统结构  24-25
    3.2.2 PWM控制  25
    3.2.3 PFM控制  25
    3.2.4 PWM/PFM的自动切换  25-27
  3.3 基准电压源的设计  27-30
    3.3.1 电路结构的选取  27-28
    3.3.2 基准源电路  28-29
    3.3.3 基准源性能模拟结果  29-30
  3.4 误差放大器的设计  30-34
    3.4.1 电路设计  31-32
    3.4.2 误差放大器性能模拟  32-34
  3.5 电流反馈电路的设计  34-36
    3.5.1 电路设计  34-35
    3.5.2 模拟结果  35-36
  3.6 加法器MIXER的设计  36-38
    3.6.1 电路设计  36-37
    3.6.2 模拟结果  37-38
  3.7 振荡器OSC模块的设计  38-42
    3.7.1 迟滞比较器  38
    3.7.2 振荡器电路  38-39
    3.7.3 振荡器电路的控制  39
    3.7.4 斜坡信号的产生电路  39-40
    3.7.5 完整的振荡器模块电路  40
    3.7.6 模拟结果  40-42
  3.8 PWM/PFM选择电路的设计  42-44
    3.8.1 电路设计  42
    3.8.2 模拟结果  42-44
  3.9 其他电路设计  44-45
第四章系统性能仿真与总结  45-60
  4.1 输出电压V_(OUT)模拟结果  45-48
  4.2 PFM限制电流I_(PFM)的模拟结果  48-50
  4.3 负载变化时PWM/PFM自动切换过程模拟  50-56
    4.3.1 不同负载电阻下的系统模拟波形  50-53
    4.3.2 负载变化时系统模拟波形  53-54
    4.3.3 PWM/PFM控制自动切换时负载电流阈值的模拟  54-56
  4.4 电源效率EFFI  56-59
  4.5 总结  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-63
攻读硕士期间发表论文清单  63

PWM/PFM自动切换降压DC-DC转换器的分析与设计

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