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数码相机用CMOS直流升压变换芯片设计

作 者: 唐纯
导 师: 毛陆虹
学 校: 天津大学
专 业: 集成电路专业
关键词: 开关电源 直流升压变换器 DC-DC 变换器 PWM 电流反馈 电压反馈
分类号: TM46
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 23次
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内容摘要


数码相机已经普及到人们的日常生活中,因其携带方便,使用简单而深受广大人民群众的喜爱。它如实的为人们记录下生活中最珍贵、最美好的时刻,而越来越成为人们生活中不可或缺的一部分。本文试设计一个在数码相机中使用的开关式DC-DC升压变换器,它可以作为数码相机的镜头伸缩控制、聚焦、快门控制等电路的电源使用。因为使用于数码相机中,所以要求DC-DC升压变换器具备较宽电压输入范围、稳定的电压输出及较大电流输出能力。为了实现较高的效率,设计的DC-DC变换器是一款基于PWM(Pulse Width Modulation)控制方式的开关电源式升压变换器,采用电压控制模式,工作频率可以调整。开关电源SMSP(Switch Mode Power Supply)在业界有高效电源的美誉,现在已经成为稳压电源的主流产品之一,代表着电源特别是稳压电源的发展方向。开关管是开关电源的重要元件之一,当开关电源工作时,开关管工作于高频的开关状态,所以等效电阻很小,当存在较大电流流过时,开关管上的能量消耗很小,所以开关电源的效率能达到较高水平,比普通的线性稳压电源效率提高了几乎近一倍。而且开关稳压电源还具有较高的集成度、外围电路、元件也比较简单等优点,已经广泛使用于各种电子产品中。尤其是在使用电池供电的便携式电子产品的数量增长更是突飞猛进,成为了现代复杂电子系统中不可缺少的一部分。本文设计的DC-DC升压变换器包含了带隙基准模块、锯齿波发生器模块、过流保护模块、误差放大模块等。为了满足数码相机应用的需要,其具体设计指标为,输入电压范围4V~12V,输出电压为20V,最大负载电流能力为150mA。输出电压过压保护门限电压设置为110%*额定输出电压;短路保护电压门限为90%*额定输出电压;软启动时间不超过5ms;过流保护设置为1.4A~2.4A;使用飞思卡尔公司先进的0.28um CMOS工艺进行设计。本文首先简单介绍了开关电源的重要地位及其发展趋势,然后介绍了DC-DC开关电源的基本原理,包括DC-DC变换器的基本拓扑结构、控制方式和反馈模式等。然后根据设计要求指标详细分析了本次设计,包括整体电路结构和各子模块,并运用Cadence综合仿真对各子模块的各项指标和参数进行了仿真和分析。最后还对样品进行了测试,对实验室测试数据、波形等与自动测试数据进行了对比分析等。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 开关电源在电子产品中的重要地位  8-9
  1.2 开关电源的发展历史及发展趋势  9-11
    1.2.1 开关电源的发展历史  9-10
    1.2.2 开关电源的发展趋势  10-11
  1.3 开关电源发展的新技术  11-12
    1.3.1 基于高性能碳化硅材料(SiC)的功率半导体器件  11
    1.3.2 高频磁技术  11
    1.3.3 新型电容器  11-12
    1.3.4 开关电源设计、测试新技术  12
  1.4 课题的研究背景、内容及意义  12-14
第2章 DC-DC 变换器的理论基础  14-34
  2.1 四种DC-DC 变换器的相关知识  14-31
    2.1.1 降压型DC-DC 变换器  14-19
    2.1.2 升压型DC-DC 变换器  19-23
    2.1.3 降压-升压型DC-DC 变换器  23-26
    2.1.4 升压-降压型DC-DC 变换器  26-31
  2.2 DC-DC 变换器的三种控制方法  31-32
  2.3 DC-DC 变化器电路的反馈控制模式  32-34
    2.3.1 电压反馈控制模式的工作原理  32-33
    2.3.2 电流反馈控制模式的工作原理  33-34
第3章 DC-DC 升压转换器设计  34-48
  3.1 设计指标  34
  3.2 电路设计  34-48
    3.2.1 电路总框图  34-35
    3.2.2 带隙基准(Bandgap)电压源设计  35-38
    3.2.3 放大器的设计  38-40
    3.2.4 锯齿波发生器的设计  40-42
    3.2.5 PWM 比较器的设计  42-44
    3.2.6 软启动电路  44-45
    3.2.7 过流保护电路  45-46
    3.2.8 MOS 管预驱动电路  46-48
第4章 芯片的封装和测试  48-61
  4.1 芯片的封装  48-50
  4.2 芯片的测试  50-61
    4.2.1 测试机的选择和测试方案的制定  50
    4.2.2 测试结果  50-61
第5章 总结与展望  61-63
参考文献  63-64
致谢  64

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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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