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一种电流模式DC-DC转换芯片的研究和设计

作　者: 迟明
导　师: 张之圣
学　校: 天津大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 电源管理芯片 Boost变换器平均电流模式稳定性
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
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内容摘要

近几年来电子系统在各个领域中的广泛应用,使得电子产品市场迅速扩大,并且随着产品的不断更新换代,消费者们产生了更强烈的对灵巧、高效、低能耗的要求。这既对电子产品的心脏——电源管理芯片提出了挑战,同时也大大地促进了电源管理芯片的发展。本论文设计了一款平均电流控制PWM(Pulse Width Modulation)模式的Boost转换器。这款芯片工作在1MHz的频率下,可以在电源电压为5V±10%的条件下,输出稳定的17V电压,其纹波小于30mV,正常工作时转换效率在85%以上,与峰值电流相比,它可以更好的抑制电感的噪声电流。本文首先介绍了DC/DC的动态和发展前景,然后介绍DC/DC的各种拓扑结构及其工作原理,对各种不同的调制模式和反馈模式也加以介绍,并且深入的分析了平均电流模式DC/DC转换器的工作原理。然后通过Boost系统的线性化建模指出平均电流模式DC/DC转换器在稳定性方面的问题,其中包括右边平面零点以及斜率补偿问题。然后通过将两个反馈环路等效为一个环路的方法求得整体的环路传输函数,并给出详细的频率补偿方案。接下来详细地介绍了本系统中用到的各个模块,其中包括两相不交叠时钟,振荡器,带隙基准,电流误差放大器,电压误差放大器,PWM比较器,软启动以及电流检测等模块。利用Cadence下的spectre对这些模块进行了仿真,给出仿真结果。然后,利用上述的模块搭建了本系统,通过系统仿真验证了设计想法。仿真结果表明,系统满足了设计指标,能够在预设的条件下稳定的工作,达到了理想的效果。最后对DC/DC转换芯片的前景进行了展望。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-10
  1.1 电源管理芯片简介  7
  1.2 电源管理芯片市场的动态  7-8
  1.3 国内电源管理芯片市场的发展前景  8-9
  1.4 本论文的组织结构和工作内容  9-10
第二章 DC-DC 转换器的拓扑结构和工作原理  10-29
  2.1 线性稳压源的拓扑结构和工作原理  10-12
  2.2 开关电源转换器的拓扑结构和工作原理  12-20
    2.2.1 buck 转换器（降压转换器）  12-16
    2.2.2 boost 转换器（升压转换器）  16-19
    2.2.3 buck-boost 升降压式转换器  19-20
  2.3 DC-DC 转换器控制方式  20-23
    2.3.1 PWM 模式  20-23
    2.3.2 PFM 模式  23
  2.4 电流控制模式介绍  23-29
    2.4.1 峰值电流控制  24-26
    2.4.2 平均电流模式  26-27
    2.4.3 滞环电流型控制  27-29
第三章系统分析及稳定性设计  29-51
  3.1 功能介绍  29-31
  3.2 boost 转换器的线性化  31-39
    3.2.1 小信号建模思想  31-32
    3.2.2 求平均变量  32-35
    3.2.3 分离扰动与线性化  35-36
    3.2.4 交流小信号等效电路的建立和分析  36-39
  3.3 系统的稳定性与频率补偿  39-51
    3.3.1 系统稳定性分析  39-43
    3.3.2 稳定性补偿  43-51
第四章芯片主要模块的设计和仿真  51-71
  4.1 同步整流技术  51-55
    4.1.1 同步整流技术的基本原理  51-52
    4.1.2 同步整流管的功率耗损  52-53
    4.1.3 同步整流的控制电路和驱动电路  53-55
  4.2 带隙基准  55-60
    4.2.1 带隙基准原理  55-56
    4.2.2 带隙基准电路设计  56-58
    4.2.3 运算放大器  58-59
    4.2.4 仿真结果  59-60
  4.3 误差放大器  60-62
  4.4 PWM 比较器  62-65
  4.5 软启动模块  65-66
  4.6 振荡器模块  66-68
  4.7 电流检测电路  68-71
第五章系统仿真结果  71-74
第六章总结  74-76
参考文献  76-78
发表论文和参加科研情况说明  78-79
致谢  79

一种电流模式DC-DC转换芯片的研究和设计

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