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低功耗、低电压Peak Current Mode Boost Converter稳定性研究与设计

作　者: 金军贵
导　师: 周锋
学　校: 复旦大学
专　业: 集成电路工程
关键词: DC-DC转换器电压模式控制峰值电流模式控制转换效率同步整流
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着片上系统数字处理单元的集成度不断提高,如将DSP, ARM整合到同一个芯片内,其对电源系统的带负载能力和效率的要求越来越高。在开发电池供电的便携式电子设备时,诸如手机,MP4, EBOOK, GPS等低功耗产品,如果电源系统设计不合理,则会影响到整个系统的架构,产品功能组合,软件的设计和功率分配架构等。便携式产品在大多数情况下是靠电池供电,内部(即电池后端)的电源管理有DC/DC和LDO两种实现方式,各有优缺点。正常工作时,DC/DC模块能提供给系统稳定的电压,并且保持自身转换的高效率,低发热。LDO有着极低的静态电流,极低的噪声,较高的PSRR(电源纹波抑制比)。开关电源(DC-DC)和低压差线性稳压器(LDO)的组合使用可以很大的改善系统的待机性能。建模是系统稳定性分析的基础,DC-DC系统中数学模型的好坏直接影响系统瞬态响应时间、稳定性等参数。电压模式、峰值电流模式、平均电流模式是DC-DC经常使用的控制模式,各有其优点。本文以Boost结构为例,探讨了如何设计一个稳定、瞬态响应足够快的DC-DC升压转换器。为了尽可能高的提高转换效率,本文分析了引起损耗的各种因素,并针对不同负载时提出了新的同步整流数字控制方式本文最终设计了基于Tower 0.18um工艺的Boost结构、峰值电流控制、工作于PWM/PFM模式下的DC-DC转换器系统。Hspice仿真结果表明,该系统能稳定运行,并满足设计指标的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
引言  6-7
第一章 DC-DC电压转换器概述  7-9
  1.1 直流电压转换器介绍  7
  1.2 DC-DC电压转换器  7-9
    1.2.1 DC-DC的发展及需求  7-8
    1.2.2 DC-DC转换器中的新技术  8-9
第二章 DC-DC转换电路的基本原理  9-21
  2.1 DC-DC转换电路的拓扑结构和原理分析  9-12
  2.2 DC-DC转换电路的调制方式  12-17
    2.2.1 PWM脉宽调制方式  12-14
    2.2.2 PFM脉频调制方式  14-17
  2.3 DC-DC转换电路的反馈模式  17-21
    2.3.1 电压模式控制  17-19
    2.3.2 电流模式控制  19
    2.3.3 电流模式控制的优点  19-21
第三章 DC-DC转换电路的系统设计与行为仿真  21-37
  3.1 基于开关网络平均模型法的系统建模  21-25
    3.1.1 DC-DC功率级建模  22-24
    3.1.2 DC-DC控制级建模  24-25
  3.2 电流反馈环路的小信号建模  25-30
    3.2.1 无斜波补偿的电路环路稳定性分析  25-27
    3.2.2 引入斜波补偿的稳定性分析  27-28
    3.2.3 Matlab验证  28-30
  3.3 系统控制环路的设计  30-37
    3.3.1 电流环路设计  30-34
    3.3.2 电压环路设计  34-37
第四章 DC-DC转换电路的效率分析及同步整流技术  37-51
  4.1 DC-DC的各种损耗源  37-42
    4.1.1 开关损耗的计算  37-38
    4.1.2 传导损耗的计算  38
    4.1.3 交迭损耗的计算  38-40
    4.1.4 效率的计算  40-41
    4.1.5 功率MOS管的最优尺寸的计算  41-42
  4.2 转换效率相关因素及提高效率的手段  42-46
  4.3 利用同步整流技术降低功耗  46-51
第五章 DC-DC转换电路的模块设计  51-63
  5.1 关键的电路设计  52-60
    5.1.1 锯齿波振荡器的设计  52-54
    5.1.2 电流采样电路的设计  54-57
    5.1.3 误差放大器的设计  57-60
    5.1.4 其他模块  60
  5.2 芯片版图  60-61
  5.3 系统仿真结果  61-63
第六章结论  63-64
参考文献  64-66
致谢  66-67

低功耗、低电压Peak Current Mode Boost Converter稳定性研究与设计

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