一种高效率的电流型BuckDC-DC变换器的分析与设计

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随着人们对便携式电子产品性能的要求,对环保意识的重视以及能源问题日益严重的现实,使得高效率成为电源管理芯片至关重要的因素。本文即针对这一目标设计出一款高效率的减压直流变换器。此款芯片是一款500KHz开关频率,频率可同步校正的同步降压变换器,最大能带3A的负载,且具有高效率,以及很好的线性度和负载调整率。该芯片采用快速响应的的电流控制模式,内置的优化校正网络使环路更易于设计。保护功能包括软启动,欠压锁定,过温保护等。该芯片的主要功能模块包括基本模块带隙基准电路,电压调整电路,振荡器,包括电压环路的误差放大器和比较器,还有电流环路中的电流采样放大电路,及其他驱动保护模块有自举驱动电路,软启动模块,欠压锁定模块等。本文针对这些模块分别进行设计并给出仿真结果。通过Hspice对变换器芯片应用电路的仿真,验证了设计的基于BCD工艺的单片Buck DC-DC芯片达到了设计的各项指标。芯片效率最高达95%,可应用于笔记本系统及I/O供电,网络系统,数字机顶盒,个人录放机,平板电视等。该芯片已流片成功,芯片版图面积为1.5mm×1.5mm。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4页
第一章 绪论第7-12页
    1.1 开关电源市场与发展现状第7页
    1.2 开关电源的发展趋势第7-8页
    1.3 开关电源技术的发展第8-10页
        1.3.1 变换器拓扑第8-9页
        1.3.2 建模与仿真第9-10页
        1.3.3 数字化控制第10页
        1.3.4 磁集成第10页
    1.4 论文的主要内容与章节安排第10-12页
第二章 BUCK DC-DC 的基本工作原理第12-22页
    2.1 非隔离式DC-DC 稳压器第12-14页
        2.1.1 Buck DC-DC第12页
        2.1.2 Boost DC-DC第12-13页
        2.1.3 Buck-Boost DC-DC第13-14页
    2.2 Buck DC-DC 基本拓扑结构第14-22页
        2.2.1 PWM 控制基本原理第14-15页
        2.2.2 PWM 控制模式第15-17页
        2.2.3 工作模式第17-22页
第三章 BUCK DC-DC 的系统设计与效率分析第22-43页
    3.1 系统功能及设计指标第22-25页
        3.1.1 芯片整体描述第22-23页
        3.1.2 设计指标第23-24页
        3.1.3 典型应用第24-25页
    3.2 系统设计第25-36页
        3.2.1 电压环稳定性分析第25-28页
        3.2.2 电压环稳定性补偿第28-34页
        3.2.3 电流环稳定性分析第34-36页
    3.3 系统效率分析第36-43页
        3.3.1 仿真与测试电路第37-38页
        3.3.2 上管损耗第38页
        3.3.3 下管损耗第38-39页
        3.3.4 电感损耗,静态功耗及驱动功耗第39-40页
        3.3.5 各项损耗对比及效率计算第40-43页
第四章 子模块设计与仿真第43-76页
    4.1 带隙基准与过温保护第43-47页
    4.2 电压调整器第47-50页
    4.3 误差放大器第50-52页
    4.4 比较器第52-55页
    4.5 振荡器与同步电路第55-58页
    4.6 电流采样放大电路第58-61页
    4.7 使能功能第61-63页
    4.8 软启动电路第63-64页
    4.9 欠压锁定电路第64-67页
    4.10 过温保护模块第67-69页
    4.11 自举电路第69-72页
    4.12 整体仿真第72-76页
第五章 结论与展望第76-78页
    5.1 工作总结第76页
    5.2 后续工作第76-78页
参考文献第78-81页
致谢第81-82页
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文第82-84页
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