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电流模式DC/DC降压转换器的研究与设计

作　者: 葛佳乐
导　师: 赵建明
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 开关电源电流模式降压
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 67次
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内容摘要

随着半导体工业的飞速发展,使得芯片的集成度和工作频率得到很大提高,同时芯片的功耗也大大增加了。对于便携式电子设备而言,高的功率损耗将大大降低电池寿命从而给消费者带来不便。一个有效的低功耗设计方法是使用一个降压型DC/DC开关电源将输入电压转换为一个较低的电压供给芯片使用,以达到降低功耗的目的。本论文阐述了一个集成了功率开关管的电流模式降压型DC/DC开关电源的设计。首先,我们介绍了DC/DC开关电源的背景知识。随后,进行了整个开关电源的控制环路的稳定性分析。然后,对我们设计的开关电源系统中的具体电路模块设计进行了详细介绍。最后,我们对系统进行了总体仿真,并对仿真结果进行了分析。本论文设计的电流模式降压型DC/DC开关电源采用TSMC 90nm工艺制造。芯片的全部面积为1.12*1.08mm~2。通过采用PWM和PFM混合调制模式的设计,使得芯片在一个宽的负载范围内能够正常工作并且获得高的效率。由于在我们的设计中芯片的输入电压是3.3V,输出电压是1.8V,占空比为54.5%,已经大于50%,这将导致电流模式控制系统的次谐波震荡问题。为了解决这一问题,我们设计了斜坡补偿电路来保证系统稳定。系统在PWM模式下的工作频率为2M,效率大于91%,在PFM模式下的效率大于75%。输出电压纹波小于10mV。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 国内外发展现状以及发展趋势  8-10
  1.2 课题研究的目的和意义  10-11
  1.3 本论文的结构  11-12
第二章 DC/DC 开关电源的结构和工作原理  12-21
  2.1 BUCK 型开关电源工作原理  12-14
  2.2 开关电源调制方式  14-15
    2.2.1 PWM 模式  14
    2.2.2 PFM 模式  14-15
  2.3 开关电源的控制方式  15-19
    2.3.1 电压模式控制  15-16
    2.3.2 电流模式控制  16-19
  2.4 开关电源的效率分析  19-21
第三章电流模式 BUCK 型开关电源环路稳定性分析  21-30
  3.1 基本控制环概念  21-23
  3.2 电流模式BUCK 型开关电源环路结构  23
  3.3 电压外环稳定性分析  23-26
  3.4 电流内环的环路稳定性分析  26-30
第四章电路设计  30-67
  4.1 系统结构  30-32
  4.2 基准源的设计  32-44
  4.3 软启动电路  44-46
  4.4 斜坡补偿  46-49
  4.5 环形振荡器  49-58
  4.6 SR 触发器  58-59
  4.7 驱动电路  59-61
  4.8 过零电流检测器  61
  4.9 电流检测电路  61-66
  4.10 PWM/PFM 切换电路  66-67
第五章系统总体仿真分析  67-74
  5.1 芯片外围电路的设计  67
  5.2 系统总体仿真  67-74
第六章结论  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-78
攻读硕士学位期间取得的研究成果  78-79

电流模式DC/DC降压转换器的研究与设计

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