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一种PWM模式DC/DC降压变换器的研究与设计

作　者: 王沦
导　师: 李新
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 开关电源 降压式 电压模式 脉冲宽度调制
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着电子技术的快速发展,对电子仪器与设备性能的要求也随之提高。在开关电源方面尤为突出,其不仅在性能、操作性、体积与质量等方面需要不断完善提高,而且开关电源的高转换效率也是人们一直重点追求的目标。在简要的阐述了开关电源的特点、应用以及发展后,介绍了开关稳压电源的基本工作原理,设计了一款PWM控制模式的降压式直流-直流转换器芯片。该芯片为电压模式反馈控制,其最高工作电压是40V,极限电压是45V,使能端的输入电压范围为-0.3V~40V,可以在25℃~125℃温度范围内正常工作,转换效率可以达到85%以上。对启动电路、基准源电路、误差放大器电路、短路保护电路、振荡器电路、脉冲宽度调制电路、过流保护电路、过温保护电路、缓冲电路、逻辑控制电路和输出驱动电路进行了详细的原理分析与参数设计。并使用Pspice仿真工具对每个功能模块进行了仿真,并对仿真结果进行了分析。各功能模块仿真通过后,将芯片的拓扑结构与芯片搭建好后进行了系统的仿真,仿真结果表明设计达到了芯片的性能指标。芯片的版图设计是采用UTC的7μm,40V的bipolar工艺用L-EDIT软件进行版图的绘制,并对其中的关键性的版图单元进行了详尽的论述。芯片采用SOP8封装模式,在经过了芯片的点测与成品测试后,得出测试结果。输出电压只有大约50mV的纹波,静态电流为3mA左右。输出电压在低于0.5V时,芯片具有短路降频功能,工作频率由81KHZ降到了23KHZ左右,输出负载由0.2A跳变到2A时具有很好的负载调整率,大约为0.2%。另外,芯片的效率经测试发现可以达到85%以上。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-11
  1.1 开关电源的应用及发展  9-10
  1.2 论文主要内容  10-11
第二章 开关电源的理论基础  11-19
  2.1 DC-DC开关稳压电源的基本拓扑结构  11-14
    2.1.1 Buck型转换器电路拓扑  11-12
    2.1.2 Boost型转换器电路拓扑  12-13
    2.1.3 Boost-Buck串联变换器电路拓扑  13-14
  2.2 DC-DC开关稳压电源的主要控制方式  14-16
    2.2.1 电压模式控制原理  14-15
    2.2.2 电流模式控制原理  15-16
  2.3 Buck型转换器的基本工作原理  16-19
第三章 芯片各功能模块的设计和仿真  19-47
  3.1 启动电路的设计与仿真  20-21
    3.1.1 电路的原理分析及参数设计  20-21
    3.1.2 电路的仿真结果与分析  21
  3.2 基准源电路的设计与仿真  21-28
    3.2.1 电路的原理及参数分析  24-26
    3.2.2 电路的仿真结果与分析  26-28
  3.3 误差放大器的设计与仿真  28-30
    3.3.1 误差放大器电路的原理及参数分析  28-29
    3.3.2 电路的仿真结果与分析  29-30
  3.4 短路保护电路的设计与仿真  30-31
  3.5 过流保护电路的设计与仿真  31-32
  3.6 过温保护电路的设计与仿真  32-33
  3.7 振荡器电路的设计与仿真  33-36
  3.8 脉冲宽度调制电路设计与仿真  36-37
  3.9 缓冲电路设计与仿真  37-39
  3.10 逻辑控制电路设计与仿真  39-41
  3.11 输出与驱动电路的设计与仿真  41-43
  3.12 整体电路的仿真与结果分析  43-47
    3.12.1 IC启动过程  45
    3.12.2 输出稳定过程  45-47
第四章 版图设计  47-55
  4.1 版图整体布局  47-48
  4.2 各单元版图画法  48-55
第五章 芯片测试  55-64
  5.1 芯片测试的基本原理  55-57
  5.2 芯片电气特性说明  57-60
    5.2.1 电气参数测试记录  57-58
    5.2.2 效率与负载关系  58-60
  5.3 芯片系统功能的测试  60-64
    5.3.1 输出纹波测试  60-61
    5.3.2 短路电流测试  61-62
    5.3.3 负载调整率与使能控制测试  62-63
    5.3.4 振荡器频率与温度的关系测试  63-64
第六章 结论  64-65
参考文献  65-67
在学研究成果  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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