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电流控制模式PWM降压DC-DC转换器的设计

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目录

电流控制模式PWM降压DC-DC转换器 的设计

DESIGN OF CURRENT-MODE PWM BUCK CONVERTER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 开关电源IC概述

1.2 开关电源的发展历程及国内外研究现状

1.3 开关电源技术的发展趋势

1.4 本文的主要工作

第2章 开关电源的基本理论分析

2.1 DC-DC开关电源系统简介

2.2 开关电源的调制方式

2.2.1 PWM调制方式

2.2.2 PFM调制方式

2.2.3 PWM/PFM混合调制方式

2.3 开关电源的拓扑结构

2.3.1 Buck型转换器

2.3.2 Boost型转换器

2.3.3 Buck-Boost型转换器

2.3.4 Cuk转换器

2.4 开关电源的控制方式

2.4.1 电压控制方式

2.4.2 电流控制方式

2.5 本章小结

第3章 电流模式降压型PWM开关电源分析

3.1 Buck型转换器的稳态分析

3.1.1 Buck型转换器在CCM模式下工作原理

3.2 开环不稳定性分析及斜坡补偿分析

3.3 系统的稳定性分析及频率补偿

3.4 同步整流技术

3.5 外围无源器件参数的选取

3.5.1 输出滤波电感L的选取

3.5.2 输出滤波电容C的选取

3.6 本章小结

第4章 DC-DC转换器模块设计与仿真

4.1 带隙基准电路

4.1.1 传统的带隙基准电路的原理

4.1.2 曲率补偿带隙基准电路的原理

4.1.3 带隙基准电路的设计

4.1.4 带隙基准电路的仿真

4.2 误差放大器

4.2.1 误差放大器的设计

4.2.2 误差放大器的仿真

4.2.3 Ⅱ型误差放大器的仿真结果

4.3 电感电流采样电路

4.3.1 电感电流采样电路的设计

4.3.2 电感电路采样电路的仿真

4.4 PWM比较器

4.4.1 PWM比较器的设计

4.4.2 PWM比较器的仿真

4.5 振荡器与斜坡补偿

4.5.1 迟滞比较器

4.5.2 振荡器的设计

4.5.3 振荡器的仿真

4.5.4 斜坡补偿电路的设计

4.5.5 斜坡补偿电路的仿真

4.6 PWM控制电路

4.6.1 PWM控制电路的设计

4.6.2 PWM控制电路的仿真

4.7 死区时间控制电路

4.7.1 死区时间控制电路的设计

4.7.2 死区时间控制电路的仿真

4.8 过温保护电路(OTP)

4.8.1 过温保护电路的设计

4.8.2 过温保护电路的仿真

4.9 欠压保护电路(UVLO)

4.9.1 欠压保护电路的设计

4.9.2 欠压保护电路的仿真

4.10 本章小结

第5章 DC-DC转换器整体电路仿真

5.1 DC-DC转换器的环路稳定性

5.2 DC-DC转换器的输出结果仿真

5.3 DC-DC转换器的线性调整率

5.4 DC-DC转换器的负载调整率

5.5 DC-DC转换器的效率仿真

5.6 DC-DC转换器的电气特性

5.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢

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摘要

随着便携式电子产品市场的急剧扩张,电源管理芯片的需求也日益增加,因此,新型的开关电源控制芯片也就成为研究的重点。由于电流控制模式是双环控制系统,因而采用电流控制模式的开关电源芯片的电压调整率、瞬态响应速度和稳定性都有很大的提高,所以得到了越来越广泛的应用。
  本文介绍了DC-DC转换器的各种拓扑结构和调制方式。描述了DC-DC转换器的控制方式,详细阐述了脉宽调制中电压控制模式和电流控制模式的基本原理,分析比较了其优缺点。介绍了同步整流技术,系统性能稳定性和补偿的相关知识,引入了误差放大器的频率补偿的方法,着重分析了Ⅱ型误差放大器补偿电路。
  通过对DC-DC开关电源基本理论的研究,本文设计了一款3.3V-1.8V转换的电流控制模式PWM降压DC-DC转换器芯片,并根据PWM开关电源的原理和特点,合理地设计了各子电路,主要包括:带隙基准模块、误差放大器模块、电感电流采样电路、PWM比较器、振荡器、斜坡补偿、PWM控制电路及死区时间控制电路等模块,并设计了过温、欠压等保护电路模块,保证芯片的正常工作。
  本文设计的电路基于中芯国际(SMIC)0.18μm混合信号 CMOS工艺,采用spectre软件对各个子模块及整体电路进行了模拟仿真。仿真结果表明每个模块的性能均满足电路要求,当DC-DC转换器的输入电压在2.8V-4.5V之间变化时,输出电压能够很好的稳定在1.8V,输出电压纹波小于20mV,输出额定负载电流为360mA,当负载在180mA与360mA之间变化时,系统有良好的负载跃变特性。在额定负载下,系统的效率达到90%以上。芯片的各项指标都满足设计要求,完成了预期的目标。

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