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PWM升压型DC-DC开关电源控制芯片的设计

作　者: 何江
导　师: 余宁梅
学　校: 西安理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 开关电源 电路仿真 脉宽调制 版图设计
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 161次
引　用: 2次
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内容摘要


随着便携式电子产品的广泛应用,电源管理芯片日趋显现出其在电子产品中的重要地位。不同的应用领域推动了电源管理芯片的多元化,很多应用都要求有更长的电池使用寿命、重量轻、体积小等,这些都对电源管理芯片提出了更高的要求。PWM开关电源控制芯片具有效率高、易于控制等特点而在各种电池供电的便携设备中得到了广泛应用。其中,开关电容DC-DC转换器由于不需要电感元件就可以实现电压变换功能而备受关注。本文设计了一种基于开关电容变换器的PWM升压型DC-DC开关电源控制芯片。应用新加坡特许公司的0.35gm模型库对控制电路进行了仿真验证,并完成了整体电路芯片版图的设计及规则验证。根据PWM开关电源的原理和特点,本文合理地设计了各个子电路。其中包括：带隙基准源、偏置电路、误差放大器、振荡器、PWM比较器、过温和欠压保护电路、逻辑控制等部分。根据每个子电路的特殊需求,详细的分析了它们的功能如何实现,在完成电路原理分析与电路设计的基础上,应用Hspice软件对各子电路模块和整体电路进行了功能仿真验证,给出了电路的仿真结果,验证了理论分析和电路设计的正确性。·电路仿真结果表明,该控制电路可以较好的实现3V至5V的直流电压变换。开关工作频率为固定的1MHz,芯片内部电压基准为1.19V。内置有过温保护和欠压保护功能,当输入电压小于2.5V时关断电路来保证输出的稳定,同时过温保护模块可以保证芯片不会因为温度过高而损坏。芯片外部只需接两个容值较小的电容即可实现升压的功能,大幅降低了芯片的应用成本,为今后升压型开关电容变换器的应用提供了参考。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 引言  7-11
  1.1 开关电源发展现状及分类  7-9
    1.1.1 发展现状  7-8
    1.1.2 开关电源的分类  8-9
  1.2 研究意义  9
  1.3 本论文主要工作  9-11
2 DC-DC电源管理芯片的系统结构  11-19
  2.1 DC-DC转换器结构及工作原理  11-14
    2.1.1 传统开关电源的工作原理及电路拓扑结构  11-12
    2.1.2 开关电容DC-DC转换器  12-14
  2.2 开关电源控制模式  14-15
    2.2.1 电压控制模式  14-15
    2.2.2 电流控制模式  15
  2.3 开关电源的调制方式  15-17
    2.3.1 脉冲宽度调制  16
    2.3.2 脉冲频率调制  16-17
    2.3.3 跨周期调制  17
  2.4 系统结构设计  17-19
3 子电路模块的设计与仿真  19-41
  3.1 偏置电路设计  19-21
    3.1.1 基本原理  19-20
    3.1.2 实际电路及仿真  20-21
  3.2 基准电压源电路设计  21-26
    3.2.1 带隙基准电压源的原理  21-23
    3.2.2 带隙基准电路的设计  23-26
  3.3 误差放大器的设计  26-28
  3.4 PWM比较器电路  28-30
  3.5 振荡器模块设计  30-32
    3.5.1 振荡器工作原理  30-31
    3.5.2 电路仿真  31-32
  3.6 电流检测电路  32-35
    3.6.1 电流采样原理  32-34
    3.6.2 电流检测电路仿真  34-35
  3.7 过温保护电路的设计  35-38
    3.7.1 过温保护电路中迟滞比较器的设计  35-37
    3.7.2 过温保护电路  37-38
  3.8 欠压锁定电路  38-39
  3.9 逻辑控制及驱动电路  39-41
    3.9.1 逻辑控制电路  39-40
    3.9.2 驱动电路  40-41
4 整体电路仿真分析  41-46
5 版图设计  46-50
  5.1 工艺概述  46-47
    5.1.1 MOS工艺  46
    5.1.2 电容  46
    5.1.3 电阻  46-47
    5.1.4 PNP晶体管  47
  5.2 版图设计  47-49
  5.3 版图验证  49-50
6 结束语  50-52
  6.1 工作总结  50
  6.2 工作展望  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-54

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 一般性问题 > 设计
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