无电流传感器的Boost型DC/DC转换器关键电路研究

摘要

随着电子技术的飞速发展，各种移动智能设备快速地走进了人们的生活。为它们提供高可靠、高电源转换效率、高动态响应性能的电源成为了一个亟须研究的方向。
　　本文针对基于数字控制方式的Boost型DC/DC转换器中由电感电流传感器所带来的控制成本增加或转换器功率损失等问题，提出了一种采用电感电流观测器的峰值电流模式控制方法。首先，从理论上对本研究采用的控制方法进行了原理分析，包括控制模式的比较以及控制策略的分析；其次，分别对DC/DC转换器的电压控制环路和电流控制环路进行分析和设计，其中电流控制环路的分析和设计包括电流观测器和预测电流控制器，电压控制环路的分析和设计包括电压环路模型和PID控制器；再次，通过Matlab中的Simulink仿真软件对整个Boost型DC/DC转换器电路进行了系统级的仿真和验证；最后，对无电流传感器的Boost型DC/DC转换器芯片关键电路的设计进行了研究，提出了设计方案并进行了仿真验证，给出了在芯片中部分模拟电路的仿真和分析。
　　研究结果表明，本文所采用的观测器的方法能够准确地估计电感电流值。与传统的采用数字控制方式的电流模式DC/DC转换器相比，本文采用控制方法可以减少由电流传感器所带来的成本提高和功率的损失，其动态性能与传统的采用电流模式可控制的DC/DC转换器动态性能基本一致；同时，本文所研究的芯片模拟电路在0.5um BCD工艺下运算放大器能够满足轨到轨输入电压要求，其增益和单位增益带宽分别为118dB和4MHz，共模抑制比为79dB，带隙基准电压电路可以提供低至1.57ppm/℃的温度系数，均满足芯片模拟电路基本要求。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作和结构安排

2 Boost小信号模型及控制策略分析

2.1 DC/DC转换器基本架构

2.2 Boost型DC/DC转换器小信号模型分析

2.3 Boost型DC/DC转换器控制策略分析

2.4 无电流传感器的Boost型DC/DC转换器基本结构

2.5 本章小结

3 电感电流观测器及电流环控制器的设计

3.1 电感电流观测器的设计

3.2 电感电流控制器的设计

3.3 电流环路设计优化

3.4 本章小结

4 电压环控制器的设计及系统模型仿真分析

4.1 电压环控制结构

4.2 电压环路模型小信号分析

4.3 PID控制器设计

4.4 系统模型仿真分析

4.5本章小结

5 Boost芯片中模拟电路的设计

5.1 Boost芯片中关键电路分析

5.2 轨到轨运算放大器

5.3 带隙电压基准电路

5.4 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文