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开关型降压DC-DC转换器设计

作　者: 黄炜炜
导　师: 张鹤鸣
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电流模式控制 斜坡补偿 脉宽调制 BUCK DC-DC变换器
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


近年来随着便携式电子产品市场急剧扩张,与之相对应的电源管理芯片的需求也日益增加。电子产品功能的增多与供电电池电量相对固定,成为了电源管理中的最大挑战,所以高效电源管理就成为电子设计中最重要的因素,其中电池能量转换效率和节能设计是关键。在输入输出电压差较高,需要输出电流较大的整机中,使用线性稳压器带来的功率损耗率显然是令人无法忍受的,这也是本次设计宽输入电压降压DC-DC转换器的主要目的。本文的设计内容是一款宽输入范围峰值电流控制模式降压DC-DC转换芯片,设计主要参考市场上类似的成熟产品的设计经验,同时查阅文献进行正向设计。设计的DC-DC转换芯片有以下特点:峰值电流模式、PWM调制及大电流驱动能力。本文在重点分析了电路的工作原理、系统结构、系统稳定性的基础上,采用斜坡补偿和环路补偿的方法改进了系统稳定性。同时对控制电路各个模块包括基准电压源电路、电流采样电路、芯片内部电压调整电路、振荡器电路、斜坡补偿电路、误差放大器电路、PWM比较器电路、驱动电路等进行了具体的设计并使用Hspice进行仿真和参数调整,所有模块均达到预设定的设计指标。最后对这些模块构成的系统进行模拟和调试,仿真结果表明系统能正常工作,性能也满足设计要求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-11
  1.1 开关电源概述  7-8
  1.2 课题研究的目的和意义  8-9
  1.3 本文主要工作安排  9-11
第二章 DC-DC转换器系统研究  11-31
  2.1 降压DC-DC拓扑结构  11-15
    2.1.1 Buck型拓扑电路结构  12
    2.1.2 Buck型拓扑工作原理  12-14
    2.1.3 Buck转换器稳压原理  14-15
  2.2 开关电源调制方式  15-17
    2.2.1 PWM模式  15
    2.2.2 PFM模式  15-16
    2.2.3 PSM混合调制模式  16-17
  2.3 开关电源控制方式  17-21
    2.3.1 电压控制模式  17-18
    2.3.2 电流控制模式  18-21
  2.4 电流控制环路稳定性分析  21-26
    2.4.1 开环不稳定引起次谐波振荡  21-23
    2.4.2 电流控制环路的斜坡补偿  23-26
  2.5 转换器环路稳定性分析  26-28
  2.6 开关电源转换效率研究分析  28-30
    2.6.1 转换器的功率耗散源分析  28-29
    2.6.2 转换器电路转换效率分析  29-30
  2.7 本章小结  30-31
第三章 DC-DC芯片系统设计  31-37
  3.1 系统功能描述  31-33
    3.1.1 芯片功能及特征描述  31-32
    3.1.2 芯片参数指标  32-33
  3.2 芯片系统设计  33-36
    3.2.1 芯片典型应用电路及引脚描述  33-34
    3.2.2 系统结构设计  34-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章 芯片电路设计  37-69
  4.1 带隙基准电压源设计  37-41
    4.1.1 带隙基准电压源的基本原理  38-39
    4.1.2 带隙基准电压源设计  39-40
    4.1.3 带隙基准电压源仿真和分析  40-41
  4.2 电流采样电路设计  41-45
    4.2.1 常用的电流采样电路设计  41-43
    4.2.2 电流采样电路设计  43-45
  4.3 电源调整电路设计  45-49
    4.3.1 电源电压调节器工作原理  45-46
    4.3.2 芯片内部电压调整器设计  46-48
    4.3.3 芯片内部电压调整器的仿真验证  48-49
  4.4 斜坡补偿电路设计  49-55
    4.4.1 斜坡信号产生电路  49-51
    4.4.2 100%占空比时钟脉冲产生电路  51-52
    4.4.3 斜坡补偿电路设计  52-55
  4.5 带软启动的误差放大器电路设计  55-61
    4.5.1 常用软启动电路设计方法研究  55-58
    4.5.2 带软启动电路的误差放大器设计  58-59
    4.5.3 误差放大器性能仿真  59-61
  4.6 PWM比较器电路设计  61-63
    4.6.1 电路设计与分析  62
    4.6.2 仿真分析  62-63
  4.7 功率管驱动电路设计  63-67
    4.7.1 电平转换电路设计  64
    4.7.2 带死区时间控制的驱动电路设计  64-67
  4.8 本章小结  67-69
第五章 芯片系统仿真  69-77
  5.1 芯片外围电路设计  69-71
  5.2 系统仿真与分析  71-76
  5.3 本章小结  76-77
第六章 总结  77-79
致谢  79-81
参考文献  81-83

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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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