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高效降压型DC-DC转换器芯片的分析和设计

作 者: 黄杨
导 师: 应建华
学 校: 华中科技大学
专 业: 微电子学与固体电子学
关键词: 开关稳压电源 自上而下 PWM调制 PSM调制 失调
分类号: TN402
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 28次
引 用: 1次
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内容摘要


电源是一切电子设备的重要组成部分,电子设备的小型化、多样化,对设计开发高性能的电源管理芯片不断提出了挑战。本论文采用自上而下的设计方法,设计了一款应用于便携式消费电子设备的高效降压型DC-DC转换器芯片。消费电子产品对与DC-DC芯片的最主要要求是高转换效率、小体积和低成本。为实现高效率,芯片采用恒定频率PWM峰值电流控制方式,并引入PSM跳频调制——轻载时工作在PSM模式下、重载时进入PWM模式,解决芯片在轻载时转换效率低的问题,保证芯片在轻载和重载情况下均具有较高的转换效率。并且通过Excel辅助优化计算,合理设置功率管参数,提高芯片转换效率。实现体积小和低成本的关键是提高开关频率,因此本论文设计的转换器工作频率为3Meg Hz。系统设计部分,从芯片系统的设计指标着手,首先确定环路参数和功率管参数,接着根据输出电压精度、纹波大小等参数,确定系统各模块的设计指标。提出了用中频增益的概念,简化计算系统级环路控制参数。电路设计部分,着重论述了本人所负责的误差放大器、PWM比较器、电流检测放大器、带隙、时钟产生模块的设计仿真。误差放大器的关键是实现小的输入失调电压;PWM比较器的关键是快速的翻转时间,保证输出精确产生0.8V的最低输出电压;电流检测放大器的关键是高带宽和快速建立时间。最终设计的DC-DC转换器芯片输入电压从2.7V~5.5V,输出电压0.8V~Vdd,最大输出电流1.5A,纹波峰值效率高达95%。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
1 引言  7-12
  1.1 课题研究背景  7-9
  1.2 研究生阶段所做工作  9-10
  1.3 论文结构和特色  10-12
2 DC-DC转换器的基本原理  12-25
  2.1 DC-DC转换器的拓扑结构  13-15
  2.2 DC-DC转换器的调制方式  15-18
  2.3 DC-DC转换器的控制模式  18-25
3 DC-DC 转换器的设计指标与系统设计  25-42
  3.1 DC-DC转换器的设计指标  25-26
  3.2 DC-DC转换器的系统设计  26-42
4 DC-DC 转换器的电路设计与仿真  42-70
  4.1 DC-DC转换器的电路系统设计与分析  42-46
  4.2 误差放大器的设计与仿真  46-54
  4.3 PWM调制比较器的设计与仿真  54-58
  4.4 电流检测放大器的设计与仿真  58-63
  4.5 电压基准源的设计与仿真  63-66
  4.6 时钟产生电路的设计与仿真  66-68
  4.7 电流模DC-DC转换器的全局系统仿真  68-70
5 结论  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
附录 读硕士学位期间发表的论文  76

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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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