电流模Boost转换器的系统建模及芯片设计研究

摘要

开关电源具有体积小、重量轻、损耗小、效率高、应用范围广等诸多优点，已逐渐成为电子电源中的主流产品。其中，升压型Boost转换器芯片更是能够满足低电压供电、高电压输出、高功率密度等要求，已广泛应用到高效便携式电子产品中。 基于此，本文从开关电源系统模型的角度开始，设计了一款高效的电流控制模式Boost转换器芯片。 本文首先介绍了Boost转换器芯片的工作模式和控制模式，并就其中的连续导通模式（CCM）和PWM控制技术进行了详细论述。其次，针对峰值电流模式控制的PWMBoost转换器进行了功率级和控制回路的建模，得到了系统完整的小信号模型和传递函数框图。然后分析和设计了电流环路和电压环路的参数，并通过Matlab进行了仿真验证，完成了系统级的参数设计。最后在系统级设计参数的指导下完成了控制芯片电路级的设计。主要讨论了振荡器、误差放大器和PWM比较器等模块的设计，并通过Hspice进行仿真验证，给出了各模块和整个系统性能的模拟结果。 本文控制芯片的实际电路级设计基于0.6 μm BCD工艺，Hspice仿真结果表明各关键模块电路性能与系统级要求一致，并且所设计的Boost转换器具有0.4％的输出纹波系数和88％的典型转换效率。