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一种同步降压式DC/DC开关电源管理IC的设计

作　者: 冯秋霞
导　师: 蒋国平
学　校: 大连理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 开关电源 同步整流 降压型DC/DC BiCMOS
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 608次
引　用: 4次
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内容摘要


随着开关电源技术的迅速发展，DC／DC开关电源IC已在通信、计算机以及消费类电子产品等领域得到了广泛应用。近年来，电池供电便携式设备的需求越来越大，对DC／DC开关电源IC的需求也日益增大，同时对其性能要求也是越来越高。为适应便携式电子产品的应用要求，本文基于0.6μm BiCMOS工艺，利用EDA Pspice集成电路设计工具设计了一款同步降压型DC／DC开关电源管理的IC。本文设计的这款IC具有使能控制功能，基本工作方式为PWM调制方式，在实现较高开关频率的同时，也保证了电路在重载或轻载下都有着较高的转换效率；为了消除浪涌电流的影响和降低对输入电容的要求，电路也具有软启动控制功能；同时通过限流保护电路，避免了过流情况的发生；另外，该集成电路也有过热保护功能和欠压锁定功能，当电路发生过热或者欠压等意外故障情况时，整个电路自动关断，直到故障消除为止。通过Hspice仿真工具对各个模块电路以及整体电路都进行了仿真验证，结果表明该集成电路工作稳定，各项指标都达到了设计要求。具有高达2.4MHz的PWM开关频率，2.7V-5.5V电源电压输入范围，输出电压在0.6V-2.5V之间可调，转换效率最高达到81.5％。由上可见，该DC／DC电源管理IC采用同步整流技术提高了效率，并省去了常规降压型DC／DC转换器中所需的外部肖特基二极管。可以优先用于考虑小尺寸和高效率的应用，允许用户牺牲部分效率来换取更小的外部元件。本文最后对整体电路的版图进行了布局，并利用Cadence下版图设计工具Virtuoso和验证工具Dracula对部分模块电路进行了版图设计和验证。通过对版图的布局以及对电路功能等方面进行考虑，该集成电路可满足小封装要求，可应用在手机、PDA以及MP3播放器等便携式电子产品中。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 电源管理简介  9
  1.2 开关电源的历史及发展前景  9-12
  1.3 本论文内容简介  12-14
2 开关电源的理论基础  14-24
  2.1 稳压电源简介  14
  2.2 隔离型开关电源简介  14-15
  2.3 非隔离型开关电源理论基础  15-24
    2.3.1 非隔离型电路的结构  15-17
    2.3.2 非隔离型DC/DC开关电源的控制方式  17-18
    2.3.3 电压模式和电流模式的控制方式  18
    2.3.4 同步整流技术简介  18-24
3 降压型DC/DC开关电源管理芯片的设计和仿真  24-57
  3.1 整体电路的设计  24-27
  3.2 电源关断电路的设计与仿真  27-28
    3.2.1 电源关断电路的设计  27-28
    3.2.2 仿真结果及分析  28
  3.3 偏置电路的设计与仿真  28-33
    3.3.1 偏置电路的设计  28-31
    3.3.2 仿真结果及分析  31-33
  3.4 带隙基准电压源电路的设计与仿真  33-37
    3.4.1 带隙基准电压源电路的设计  33-35
    3.4.2 仿真结果及分析  35-37
  3.5 过热保护电路的设计与仿真  37-39
    3.5.1 过热保护电路的设计  37-38
    3.5.2 仿真结果及分析  38-39
  3.6 PWM比较器电路的设计与仿真  39-46
    3.6.1 PWM比较器电路的设计  39-44
    3.6.2 仿真结果及分析  44-46
  3.7 限流保护电路的设计  46-51
    3.7.1 功率开关管限流保护电路的设计  46-47
    3.7.2 开关管限流保护电路的仿真及结果分析  47-48
    3.7.3 同步整流管限流保护电路的设计  48-50
    3.7.4 整流管限流保护电路的仿真及结果分析  50-51
  3.8 上电复位及软启动电路的设计和仿真  51-52
    3.8.1 上电复位及软启动电路的设计  51-52
    3.8.2 上电复位电路的仿真及结果分析  52
  3.9 同步整流驱动电路的设计和仿真  52-57
    3.9.1 同步整流驱动电路的设计  53-55
    3.9.2 同步整流驱动电路的仿真和结果分析  55-57
4 整体电路的仿真与结果分析  57-64
  4.1 工作电流的仿真  57-58
    4.1.1 静态工作电流的仿真及结果分析  57-58
    4.1.2 漏电流的仿真及结果分析  58
  4.2 软启动过程的仿真  58-63
    4.2.1 重载状态下软启动过程的仿真及结果分析  58-60
    4.2.2 轻载状态下软启动过程的仿真及结果分析  60-62
    4.2.3 软启动时间的仿真及结果分析  62-63
  4.3 效率的仿真  63-64
5 版图设计  64-70
  5.1 版图布局  64-65
  5.2 各器件的版图画法  65-68
  5.3 部分电路的版图设计与验证  68-70
结论  70-71
参考文献  71-73
附录A 整体电路图  73-74
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  74-75
致谢  75-77

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 电源
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