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低功耗电流模式开关电源的设计

作　者: 张仁喆
导　师: 杨健
学　校: 贵州大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 开关电源跳周期模式电流模式斜坡补偿脉冲宽度调制
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文设计了一种低功耗电流模式开关电源控制芯片,是专为满足现代电子产品对待机状态下的低功耗的要求而设计。正常的工作频率为100KHz,在设计电路时,芯片的低功耗、模块的稳定性是电路的重点也是难点。电路采用PWM电流模式控制方案,大大提高了芯片的电源电压和负载变化的瞬态响应性能,并且设计了斜坡补偿电路以消除电流模式控制PWM变换器在大于50%占空比时系统出现不稳定的问题。同时,在轻负载下提供跳周期模式,具有很高的待机效率,并具有过温、过流电路等保护功能,配以简单的外围电路就可以构成完整、可靠的开关电源。该电路结合外部MOSFET应用于不同的电源领域,如笔记本电脑充电器、打印机电源、LCD待机电源等。论文中阐述了电流控制模式PWM开关电源的基本原理,对比了电压控制模式和电流控制模式,分析了各自的优缺点,随后根据设计要求进行了电路的总体设计,完成了各个子电路的原理分析、电路设计和仿真验证,重点阐述了基准源、比较器、电压调节器、振荡器和斜坡补偿等电路的分析、设计和验证过程。最后,采用EDA软件Cadence完成了整体电路的前仿真验证。仿真结果表明,电路功能和性能指标均已达到设计要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-14
  1.1 开关电源的发展概况  7-10
    1.1.1 国内开关电源的发展状况  8-10
    1.1.2 国外开关电源的发展概况  10
  1.2 开关电源技术的发展趋势及意义  10-12
  1.3 主要工作和论文体系结构  12-14
第二章开关电源基础  14-33
  2.1 开关电源的基本构成  14-15
  2.2 开关电源的分类  15-19
    2.2.1 DC/DC变换  16-19
    2.2.2 AC/DC变换  19
  2.3 开关电源的选用  19-20
  2.4 开关电源控制方式  20-23
  2.5 PWM反馈控制模式  23-27
    2.5.1 电压模式控制PWM  23-25
    2.5.2 峰值电流模式控制PWM  25-27
    2.5.3 其他控制方法  27
  2.6 电流型控制模式中的斜坡补偿  27-33
    2.6.1 电路的稳定性  28-29
    2.6.2 减小尖峰值/平均值误差  29-30
    2.6.3 抑制次谐波振荡  30
    2.6.4 斜坡补偿设计步骤  30-33
第三章整体电路的分析与方案  33-39
  3.1 芯片外围电路  33-34
  3.2 工作原理  34-39
    3.2.1 动态自供电  35-36
    3.2.2 跳周期模式  36-38
    3.2.3 电路功耗  38-39
第四章主要电路模块设计与仿真  39-69
  4.1 基准电压源电路的设计  39-44
    4.1.1 带隙基准电压源的原理  40
    4.1.2 基准源的整体电路图  40-42
    4.1.3 基准源电路的仿真结果  42-44
  4.2 误差放大器  44-52
    4.2.1 误差放大器的初步设计  45-47
    4.2.2 密勒补偿的误差放大器的设计和原理  47-50
    4.2.3 补偿后误差放大器的仿真与验证  50-52
  4.3 电压调节器  52-54
    4.3.1 电压调节器的设计原理  52-53
    4.3.2 电压调节器的整体电路图  53
    4.3.3 电压调节器的仿真结果  53-54
  4.4 振荡器  54-57
    4.4.1 电流饥饿型VCO原理  55-56
    4.4.2 振荡器整体电路  56
    4.4.3 振荡器仿真结果  56-57
  4.5 过流比较器  57-59
  4.6 跳周期比较器  59-60
  4.7 过温保护  60-63
  4.8 斜坡补偿  63-65
  4.9 高压电流源电路  65-69
第五章总结与展望  69-71
  5.1 工作总结  69-70
  5.2 工作展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
附录:攻读硕士期间发表的论文  75-77

低功耗电流模式开关电源的设计

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