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一种应用于LCD驱动电路的降压型DC-DC变换器的设计

作　者: 李强斌
导　师: 李肇基
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: DC-DC变换器 电流模式 电流检测 同步整流
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


随着LCD面板成本的进一步下降及其性能的进一步提高，LCD的市场需求正在稳步攀升，成为拉动电源管理IC的一个重要因素，电源管理芯片市场将在下游整机需求的带动下保持平稳快速的发展。为了适应市场需求，本文分析设计了一款电流模式的PWM控制降压型DC-DC变换器。它采用UMC 0.6μm BCD工艺制程，适用于4.5V至28V的输入范围，内置的LDO模块可为整个芯片提供稳定的工作电压。电流模式控制使系统有快速的瞬态响应和更简单的补偿网络。全N沟道、同步整流拓扑结构的采用使其工作效率高达93％。250kHz／500kHz可选择的开关频率，允许采用小型电感和电容，使滤波变得容易，也加快了环路响应速度。一种新颖的双模控制的低端功率管限流电路的应用，在实现过流保护的同时引入了跳周期的功能。集成的软启动功能避免了浪涌电流。该变换器适合于AC／DC适配器直接供电的LCD监视器和TV应用，工作温度范围为-40℃～+85℃。论文首先阐述了降压型直流转换器功率输出级的拓扑结构、基本原理和关键技术，指明了整体电路设计的理论依据，接着提出了整体电路的设计架构，并根据整体电路的功能要求完成子电路的设计与仿真。由于本芯片的设计是由小组成员共同完成的，作者主要负责总体电路的分析、联合仿真验证及以下四个子电路的设计：使能控制电路、振荡器、斜坡补偿和可双模控制的限流电路。最后，对整体电路的功能和典型性能参数进行了仿真验证。在论文的结论部分，作者指出该电路在理论研究上的可参考性，同时也指明该电路欲流片则还需要做容差分析、版图设计和后仿真等后续工作。本文是电路设计理论与仿真实践相结合的结果。作者在电路原理分析的基础上，运用HSPICE仿真软件对子电路模块和整体电路进行了功能和性能参数的仿真验证，仿真结果均达到预定指标，验证了作者在文中阐述的降压型DC／DC变换器的工作原理，为今后设计性能更优越的降压型DC／DC变换器打下了基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 引言  9-15
  1.1 电源管理技术的发展  9-10
    1.1.1 最大限度降低能耗  9-10
    1.1.2 趋向高度集成化  10
    1.1.3 电源管理的数字化  10
  1.2 直流变换器的分类  10-13
    1.2.1 线性调整器(LDO)  11-12
    1.2.2 开关电源(Switching Power Supply)  12-13
  1.3 课题来源  13-14
  1.4 本文所做的工作  14-15
第二章 整体电路结构的设计  15-33
  2.1 降压型变换器的基本原理及相关技术  15-24
    2.1.1 降压型变换器功率输出级工作原理  15-19
    2.1.2 控制模式和电流检测  19-21
    2.1.3 斜坡补偿原理  21-24
    2.1.4 同步整流技术  24
  2.2 电路的整体结构  24-27
  2.3 整体电路的工作原理  27-33
    2.3.1 系统上电  28
    2.3.2 系统关断  28-29
    2.3.3 软启动原理  29-30
    2.3.4 稳态工作原理  30-31
    2.3.5 高效率特性分析  31-33
第三章 子电路模块的设计与仿真  33-53
  3.1 使能控制模块  33-39
    3.1.1 电路原理分析  33-34
    3.1.2 电路性能分析  34-37
    3.1.3 电路仿真结果  37-39
  3.2 振荡器模块  39-44
    3.2.1 电路原理分析  39-41
    3.2.2 实际电路结构  41-43
    3.2.3 电路仿真结果  43-44
  3.3 斜坡补偿模块  44-47
    3.3.1 电路原理分析  44-45
    3.3.2 实际电路结构  45-47
    3.3.3 电路仿真结果  47
  3.4 低端功率管限流模块  47-53
    3.4.1 电路原理分析  47-48
    3.4.2 实际电路结构  48-51
    3.4.3 电路仿真结果  51-53
第四章 整体电路仿真  53-64
  4.1 系统功能验证  53-57
    4.1.1 使能控制功能  53-54
    4.1.2 软启动功能  54-55
    4.1.3 工作频率可选择  55-57
    4.1.4 低端限流功能  57
  4.2 典型性能参数的仿真与分析  57-61
    4.2.1 效率与输出电流的关系  58
    4.2.2 输出电压与输出电流的关系  58-59
    4.2.3 负载瞬态响应  59-60
    4.2.4 输出电流与功率管开关频率的关系  60
    4.2.5 整体电路中VL的负载调整率  60-61
  4.3 整体电路仿真结论  61-64
第五章 结论  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间取得的研究成果  69-70
个人简历  70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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