峰值电流模式Buck转换器系统建模及控制芯片设计

摘要

高效便携式电子产品的广泛应用，推动电源芯片迅速发展。因开关电源具有体积小、重量轻、功率密度和输出效率高等优点，己逐渐取代传统的线性电源，成为电源芯片中的主流产品。目前国内的开关电源控制芯片已从电压控制模式过渡到电流控制模式，但因双环控制理论的复杂性，对电流控制模式的系统级设计研究较少。基于此，本文从系统级的设计开始，设计了一款高效电流控制模式的降压芯片。
　　 本文首先讨论了开关电源的基本工作原理，对峰值电流模式控制的Buck转换器作了深入分析。然后对峰值电流模式控制的Buck转换器的功率级和控制回路进行了建模，得到转换器的小信号系统模型，并推导了系统的闭环传递函数。再后，对转换器电流环和电压环的设计进行了深入分析与研究，完成了转换器的系统级设计，并用Matlab对系统级设计的性能进行了验证。最后，在系统级设计的基础上，完成控制芯片的电路级设计，其中主要讨论了误差放大器和PWM比较器的设计，而后用HSPICE对控制芯片进行了全局仿真。
　　 本文控制芯片的设计基于0.6 m μBCD 工艺，系统仿真结果表明所设计的Buck转换器具备以下优点：优良的启动性能、良好的抗输入扰动和负载调整能力、快速的瞬态响应能力、小的输出纹波、以及较高的转换效率（典型应用下高达90％）。