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降压型开关稳压电源芯片电路的研究与设计

作　者: 景欣
导　师: 李新
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电流模式 开关电源 降压型 斜坡补偿
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 209次
引　用: 2次
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内容摘要


开关稳压电源具有集成度高、外围电路简单、电源效率高等优点,在各种电子产品中得到广泛的应用。尤其是基于电池供电的便携式系统数量日益增长,开关稳压电源已经取代效率较低的线性稳压器,成为现代超大规模集成系统中不可或缺的部分。论文阐述了电源管理芯片的市场前景与发展,研究了降压型DC-DC变换器的实现技术。在深入分析降压型开关电源工作机理的基础上,采用BUCK型拓扑结构,设计了一种PWM电流控制模式降压型DC-DC变换器控制芯片电路,该电路在4.75V～30V的输入电压范围内可实现达0.8～16V的降压功能,工作温度范围为0℃～150℃,转换效率达到90%。对基准电压源、振荡器、误差放大器、限流比较器、采样电路、锁存器、驱动电路、短路保护和过温保护等9个子电路进行了电路设计与原理分析,并在此基础上,运用EDA软件对各功能模块的各项指标、参数进行了仿真、分析。最后,进行了整体电路的功能和典型性能参数的联合仿真,仿真结果表明,设计电路达到了预定的设计目标。该芯片具有短路保护,在输出电压低于3.75V时,自动调整振荡频率;具有软启动功能,可以避免启动时的电感电流过冲;具有斜坡补偿功能,保证了芯片在电流控制模式下反馈环路工作的稳定;具有过温保护功能可以防止高温造成电路永久的损坏。芯片采用2um、36V双极工艺和SOP-8E封装形式。对设计的芯片进行了点测以及成品应用测试,测试结果表明,标准负载电流下转换效率接近90%;输入电压在7～30V下负载电流变化了0.6A;温度在20～140℃负载变化了0.3V;具有良好的电压调整率和负载调整率。设计电路基本达到设计要求。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-15
  1.1 开关电源概述  11-13
  1.2 课题的提出  13-14
  1.3 课题主要内容  14-15
第二章 开关电源基础  15-25
  2.1 BUCK型开关电源变换器  15-18
  2.2 开关电源主要调制方式  18
  2.3 开关电源的控制模式  18-21
    2.3.1 电压控制模式  18-19
    2.3.2 电流控制模式  19-21
  2.4 开关电源效率  21-25
    2.4.1 开关损耗  22-24
    2.4.2 二极管损耗  24-25
第三章 PWM电路各功能模块的设计与仿真  25-56
  3.1 带隙基准电压源及偏置电路的设计与仿真  26-33
    3.1.1 带隙基准与偏置电路的结构  26-29
    3.1.2 仿真结果与分析  29-33
  3.2 误差放大器设计与仿真  33-36
    3.2.1 误差放大器电路设计  33-35
    3.2.2 误差放大器仿真分析  35-36
  3.3 振荡电路的设计与仿真  36-39
  3.4 短路保护与软启动设计与仿真  39-42
  3.5 过温保护设计与仿真  42-43
  3.6 限流比较器设计与仿真  43-44
  3.7 电流采样电路设计与仿真  44-47
  3.8 RS锁存器  47
  3.9 驱动电路设计与仿真  47-49
  3.10 功率电路中电感的选择  49-51
  3.11 整体电路的设计与仿真  51-56
    3.11.1 连续模式仿真与分析  51-52
    3.11.2 断续模式仿真与分析  52-53
    3.11.3 瞬态响应仿真与分析  53-55
    3.11.4 开关波形仿真与分析  55-56
第四章 系统稳定性分析  56-69
  4.1 系统稳定性依据  56-57
  4.2 斜坡补偿原理  57-61
  4.3 斜坡补偿电路分析  61-63
  4.4 反馈环的补偿问题研究  63-69
    4.4.1 峰值电流的估算方法  63-65
    4.4.2 斜坡补偿对带负载能力和峰值电流的影响  65-66
    4.4.3 温度的变化对电路的带负载能力和峰值电流的影响  66-69
第五章 版图设计及验证  69-78
  5.1 版图绘制中的问题  70-73
  5.2 DRC验证  73-74
  5.3 LVS验证  74-78
第六章 芯片测试  78-86
  6.1 芯片系统功能测试  79-81
    6.1.1 芯片中功率管漏端电压波形  79-80
    6.1.2 效率与负载电流的关系  80
    6.1.3 输入电压与负载电流的关系  80-81
    6.1.4 芯片温度与负载电流的关系  81
  6.2 芯片的电气特性测试说明  81-82
  6.3 测试中存在的问题及改进方法  82-86
第七章 结论  86-87
参考文献  87-90
在学研究成果  90-91
致谢  91

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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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