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高效率同步整流型DC-DC开关电源的研究与设计

作　者: 许幸
导　师: 何杞鑫
学　校: 浙江大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: OC-DC 同步整流转换效率斜波补偿功率MOSFET
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

随着信息产业的蓬勃发展、传统工业的换代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。本课题是对高效率DC-DC开关电源进行研究和设计,在本文中,作者对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,设计了一款DC-DC开关电源芯片,采用电流型PWM控制模式,运用了斜波补偿和同步整流等核心技术,集成了功率MOSFET,并利用Cadence软件对各个模块和系统性能进行了仿真。本课题参加了上华集成电路设计中心(ICC)的MPW计划,在无锡上华半导体公司采用0.6um N阱CMOST艺进行了流片,并对芯片进行了测试。测试结果表明,DC-DC变换器的输出电压纹波仅为45mV,输出电压精度达到1.5%,在电源电压5V,负载电流为330mA时转换效率达到84.2%。该芯片具有有低压大电流、高效低功耗、外围应用电路简单的特点,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。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-16
  1.1 课题的背景和研究的意义  7-10
    1.1.1 全球电源产业的快速发展  7-8
    1.1.2 中国电源产业的发展现状  8-9
    1.1.3 电源的发展趋势和要求  9-10
  1.2 DC-DC开关电源的介绍  10-14
    1.2.1 开关电源技术的研究现状  10-11
    1.2.2 DC-DC开关电源的特点及分类  11-12
    1.2.3 DC-DC开关电源的发展方向  12-14
  1.3 主要工作和论文体系结构  14-16
第二章 DC-DC开关电源的原理和分析  16-38
  2.1 基本拓扑结构  16-20
    2.1.1 降压型(buck)拓扑结构  17-18
    2.1.2 升压型(boost)拓扑结构  18-19
    2.1.3 升降压型(buck-boost)拓扑结构  19-20
  2.2 PWM控制模式  20-24
    2.2.1 电压型PWM控制模式  21-22
    2.2.2 电流型PWM控制模式  22-24
  2.3 PFM控制模式  24-26
  2.4 电流型 PWM控制模式的斜波补偿  26-30
    2.4.1 次谐波振荡产生的原因  27-28
    2.4.2 斜波补偿的方法与作用  28-30
  2.5 同步整流技术  30-33
    2.5.1 同步整流技术的概念  30-31
    2.5.2 功率 MOSFET的分析  31-32
    2.5.3 同步整流技术的发展趋势  32-33
  2.6 DC-DC开关电源的系统稳定性和补偿  33-36
    2.6.1 系统稳定性的判定依据  33-34
    2.6.2 补偿网络的分析  34-36
  2.7 设计中需要考虑的性能指标  36-38
第三章芯片 MAX1623和 NCP1530的介绍  38-45
  3.1 MAX1623介绍  38-41
    3.1.1 内部结构和特性  38-39
    3.1.2 工作模式分析  39-40
    3.1.3 典型应用电路  40-41
    3.1.4 工艺条件  41
  3.2 NCP1530介绍  41-45
    3.2.1 内部结构和特性  42-43
    3.2.2 工作模式分析  43
    3.2.3 典型应用电路  43
    3.2.4 工艺条件  43-45
第四章 DC-DC开关电源芯片的电路设计和仿真  45-71
  4.1 DC-DC开关电源的系统结构设计  45-46
  4.2 芯片主要模块的电路设计和仿真  46-67
    4.2.1 1.25V基准电压源  46-50
    4.2.2 误差放大器  50-52
    4.2.3 PWM比较器  52-56
    4.2.4 振荡器(时钟)  56-59
    4.2.5 电流采样电路  59-61
    4.2.6 电压-电流转换电路  61-63
    4.2.7 死区时间控制电路  63-65
    4.2.8 逻辑控制模块  65
    4.2.9 功率 MOSFET的优化设计  65-67
  4.3 DC-DC开关电源的系统性能仿真  67-71
    4.3.1 应用电路  67
    4.3.2 输出电压的纹波特性  67-68
    4.3.3 系统的电源调整率  68-69
    4.3.4 系统的负载调整能力  69
    4.3.5 转换效率换算  69-71
第五章版图设计与芯片测试  71-88
  5.1 芯片版图的设计  71-80
    5.1.1 上华工艺简介  71-72
    5.1.2 版图绘制中的注意事项  72-77
    5.1.3 功率 MOSFET版图的设计  77-80
  5.2 芯片的封装  80-81
  5.3 芯片的测试方法和结果  81-88
    5.3.1 测试仪器和元器件  81-82
    5.3.2 基准源模块的测试结果  82-84
    5.3.3 内部时钟模块的测试结果  84-85
    5.3.4 比较器的测试结果  85
    5.3.5 系统整体功能的测试结果  85-86
    5.3.6 芯片性能参数总结  86-88
第六章总结与展望  88-90
参考文献  90-92
论文发表情况  92-93
致谢  93

高效率同步整流型DC-DC开关电源的研究与设计

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