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电荷泵DC/DC转换器核心子电路的研究与设计

作　者: 詹科
导　师: 张志勇
学　校: 西北大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: DC/DC转换器电荷泵仿真核心电路
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

电源是电子产品的重要组成部分,对于提高电子产品的整体性能具有十分重要的意义。随着电子产品向小型化和低成本化的发展,开关电源的发展方向呈现出小型化、高效率、低功耗、高可靠、低噪声和集成化的发展趋势。本文分析和设计了一种高效、高频的电荷泵DC/DC开关电源电路,首先介绍了开关电源的种类和基本原理,对比分析了线性低压降稳压器、电感式开关电源和电容式开关电源的优缺点。重点介绍了电荷泵电路的升压和降压工作原理。根据应用进行了系统设计,然后进行了模块划分和核心子电路设计。带隙基准源为精确输出提供参考电压,锁存比较器提高电路的精度和反应速度,并且比较反馈信号和参考电压稳定输出,利用恒流源对电容充放电产生振荡频率与电源无关的脉冲信号,通过比较输入信号和输出信号,选择升压或降压型结构,过温保护和欠压锁定等电路实现芯片保护功能。在完成了电路设计之后,基于UMC 0.6μm 2P2M BCD工艺模型,采用Synopsys公司HSPICE的仿真软件,对设计的子电路进行了仿真。仿真结果达到预期目标,符合电荷泵电路的设计理论,是理论和仿真实践相结合的结果。为后续工作奠定了基础,为今后设计更优越的电荷泵电路提供了参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 电源管理芯片的现状  8-9
  1.2 开关电源的发展及趋势  9-11
  1.3 选题意义  11-12
  1.4 本论文的主要工作及内容组织  12-14
第二章开关电源的基本工作原理  14-24
  2.1 开关电源的种类及特点  14-17
    2.1.1 线性低压降稳压器  14-15
    2.1.2 电感式开关电源  15-16
    2.1.3 电容式开关电源  16-17
  2.2 电荷泵电路的工作原理  17-22
    2.2.1 升压工作原理  19-20
    2.2.2 降压工作原理  20-22
  2.3 整体结构设计  22-24
第三章核心子电路的设计与分析  24-50
  3.1 偏置电路的分析与设计  25-27
    3.1.1 简单的与电源无关的偏置  25
    3.1.2 正温度系数的偏置电流  25-27
  3.2 带隙基准源电路的分析与设计  27-30
    3.2.1 带隙基准源的基本原理  27-29
    3.2.2 具体带隙基准源电路分析  29-30
    3.2.3 带隙基准中重要器件参数的选取  30
  3.3 过温保护电路的分析与设计  30-33
    3.3.1 过温保护电路的基本原理  30-32
    3.3.2 具体过温保护电路分析  32-33
  3.4 比较器电路分析与设计  33-37
    3.4.1 比较器原理  34-36
    3.4.2 具体比较器电路分析  36-37
    3.4.3 失调电压  37
  3.5 振荡器电路分析与设计  37-40
    3.5.1 振荡器电路原理  38
    3.5.2 具体振荡器电路分析  38-40
    3.5.3 输出频率计算  40
  3.6 逻辑控制电路分析与设计  40-43
    3.6.1 二分频电路  41
    3.6.2 不交叠时钟电路  41-42
    3.6.3 2x/1x选择电路  42-43
    3.6.4 具体的逻辑控制电路  43
  3.7 欠压锁定电路的分析与设计  43-47
    3.7.1 欠压锁定电路的基本原理  43-44
    3.7.2 具体欠压锁定电路分析  44-46
    3.7.3 欠压锁定电路重要器件参数选取  46-47
  3.8 停机关断电路分析与设计  47-49
    3.8.1 关断电路的原理分析  47-48
    3.8.2 具体关断电路分析  48-49
  3.9 本章小结  49-50
第四章核心子电路的仿真与分析  50-64
  4.1 偏置电路的仿真  50-51
  4.2 带隙基准源电路的仿真  51-54
  4.3 过温保护电路的仿真  54-55
  4.4 比较器电路仿真  55-57
  4.5 振荡器电路仿真  57-58
  4.6 逻辑控制电路仿真  58-60
  4.7 欠压锁定电路的仿真  60-62
  4.8 停机关断电路的仿真  62
  4.9 电荷泵 DC/DC转换器整体电路  62-63
  4.10 本章小结  63-64
总结  64-66
  工作总结  64-65
  存在的问题及工作展望  65-66
参考文献  66-70
附录电路网表  70-77
攻读硕士学位期间取得的学术成果  77-78
致谢  78

电荷泵DC/DC转换器核心子电路的研究与设计

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