高频自适应导通时间的降压型DC-DC变换器的设计

摘要

微处理器的运算速度不断提高，为其供电的电压变换器的指标要求也越来越高。为了满足微处理器进一步发展的需要，在负载变化时，变换器需要具有更快的响应速度；而在便携式设备中，为了减小设备的体积以及延长电池的使用时间，需要效率高、体积小和重量轻的低电压DC-DC变换器。因此，瞬态响应快、高效率、高频率成为开关电源的主要发展趋势。
　　本文顺应开关电源的发展趋势，设计了一款降压型DC-DC变换器，采用自适应导通时间控制方式，负载瞬态响应快。自适应导通时间控制模式下系统的开关频率利用锁频电路控制稳定在4MHz，在系统应用时，可以选用体积更小成本更低的外围器件。同时此系统可以提供600mA的电流。对效率要求高的场合，利用新颖的负电感电流检测电路，使得轻载时系统工作在自动跳跃式脉冲频率调制(PFM)模式，有效地改善轻负载下的转换效率。在对噪声要求高的场合，可以通过选择模式引脚，使系统一直工作在自适应导通时间控制模式，此时，开关频率固定，有利于对开关噪声的滤除。
　　此系统设计采用CSMC0.18μm CMOS工艺，利用Cadence仿真平台对其进行电路设计仿真、版图设计和后仿真验证，后仿真结果表明系统负载阶跃的平均响应时间小于5μs，频率达到4MHz，重载(600mA)效率91.5％、轻载(1mA)效率84.9％，性能满足设计要求。设计实现了一款适用于微处理器和便携式设备的，快速瞬态响应、高效率、高频率的同步Buck型DC-DC变换器。