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同步整流降压DC-DC转换器的研究与设计

作　者: 张峻
导　师: 丁召
学　校: 贵州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 开关电源 降压DC-DC 脉冲宽度调制 同步整流
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着信息产业的蓬勃发展、传统工业的代换改造以及节约能源要求的不断提高,开关电源产业得到了迅速发展。目前的计算机设备和各种高效便携式电子产品发展趋于小型化,要求与之配套的电源供电系统体积更小、重量更轻、效率更高。在这样的前提下,设计开发高效率、小体积的DC-DC开关电源芯片,无论是从经济角度,还是从科学研究上来讲是很有价值的。本课题是对DC-DC开关电源进行的研究和设计。文中对DC-DC开关电源的工作原理、设计思想和系统性能作了详细的分析,并以国外类似成熟产品为参照,设计的同步整流降压DC-DC转换器芯片。该芯片具有低压大电流、高效低功耗、外围电路简单的特点,适用于电池供电的便携式电子产品中,如数码相机、手机、摄像头、mp3等。在电路设计中,作者首先阐述了电流控制模式开关电源的基本工作原理,对比了电流控制和电压控制两种模式,分析了各自的优缺点。然后根据功能需要进行了电路的总体结构设计,再对电路的所有子模块电路进行了详细分析。在完成原理分析与电路设计的基础上,本文应用EDA软件Cadence对各个子电路模块和整体电路进行了功能仿真及版图设计,仿真结果均达到或优于预定指标,验证了作者在文中所阐述的电流控制模式DC-DC转换器的设计理论,是设计理论与实践相结合的一次有价值的尝试。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 开关电源简介  7-8
  1.2 国内外发展现状  8
  1.3 开关电源的发展趋势  8-9
  1.4 本论文的主要工作和结构体系  9-11
第二章 DC-DC开关电源的原理和分析  11-27
  2.1 DC-DC开关电源的分类  11-12
  2.2 DC-DC开关电源的基本原理和拓扑结构  12-22
    2.2.1 Buck变换器(降压变换器)  13-17
    2.2.2 Boost变换器(升压变换器)  17-20
    2.2.3 Buck-Boost变换器  20-21
    2.2.4 (?)uk变换器(Boost-Buck变换器)  21-22
  2.3 DC-DC开关电源的调制方式  22-23
    2.3.1 脉冲宽度调制(PWM)  22-23
    2.3.2 脉冲频率调制(PFM)  23
  2.4 DC-DC开关电源的控制模式  23-27
    2.4.1 电压控制模式  23-24
    2.4.2 电流控制模式  24-27
第三章 同步整流降压DC-DC开关电源分析  27-35
  3.1 同步整流降压DC-DC转换器工作框图  27-28
  3.2 开环不稳定性分析  28-29
  3.3 次谐波振荡分析  29-31
  3.4 斜坡补偿的方法  31-32
  3.5 效率分析  32
  3.6 同步整流技术  32-34
  3.7 DC-DC芯片中重要的性能指标  34-35
第四章 DC-DC转换芯片主要模块的设计和仿真  35-55
  4.1 1.25V基准电压源的设计及仿真  35-39
    4.1.1 带隙基准源的基本原理  35-36
    4.1.2 本文设计的带隙基准源  36-38
    4.1.3 本文带隙基准源的仿真结果  38-39
  4.2 误差放大器模块的设计及仿真  39-43
    4.2.1 误差放大器的原理  40
    4.2.2 MOS管参数设计  40-41
    4.2.3 本文误差放大器的仿真结果  41-43
  4.3 振荡器模块的设计及仿真  43-47
    4.3.1 振荡电路  43-45
    4.3.2 占空比调节电路  45-46
    4.3.3 振荡器模块的仿真结果  46-47
  4.4 死区时间控制模块  47-49
  4.5 逻辑控制模块  49
  4.6 PWM比较模块的设计及仿真  49-50
  4.7 温度保护和欠压保护模块的设计及仿真  50-55
    4.7.1 迟滞比较器  50-52
    4.7.2 温度保护和欠压保护的设计  52
    4.7.3 温度保护和欠压保护的仿真结果  52-55
第五章 同步整流降压DC-DC转换器部分模块的版图  55-61
  5.1 版图设计工具的简单介绍  55-56
    5.1.1 版图设计工具Virtuoso Layout Editor  55
    5.1.2 验证工具Dracula  55-56
  5.2 版图设计规则  56
  5.3 部分模块的版图  56-61
    5.3.1 误差放大器电路版图  57
    5.3.2 带隙基准源模块电路版图  57-58
    5.3.3 PWM比较器模块电路版图  58
    5.3.4 振荡器模块电路版图  58-59
    5.3.5 交错延时死区时间控制电路版图  59-61
第六章 总结与展望  61-63
  6.1 工作总结  61
  6.2 工作展望  61-63
致谢  63-65
参考文献  65-69
攻读硕士期间发表的论文  69-71

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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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