恒定导通时间控制的频率可调BUCK型DC-DC的研究与设计

摘要

便携式电子产品的不断普及，使人们对电子产品的性能也有越来越高的要求，作为电子产品的能量来源，电源芯片性能的好坏直接决定了电子产品的优劣。在集成电路技术不断突破和追求绿色环保的大环境下，电源管理类芯片在朝着高效率、高集成度、低压大电流以及低的电磁干扰的方向不断发展。DC-DC稳压器作为电源管理类芯片的一种，以其转换效率高、输入输出电压范围广、集成度高和带载能力强的优势受到人们的青睐，并具有广阔的发展空间。 本文以DC-DC稳压器为研究对象，对采用不同调制模式和控制方式的电路架构的优缺点进行了分析，并重点研究了电流模恒定导通时间控制模式。该模式具有结构简单，瞬态响应快等优点，但是其工作频率会随着系统输入输出电压的变化而变化，这给电磁干扰的处理增加了难度。针对架构本身的缺点，在保证系统能够稳定工作的前提下，本文对其进行了优化设计：针对工作频率随着系统输入输出电压的变化而变化的问题，在设计导通时间定时器时采用自适应的技术，将导通时间设置为输入输出电压的函数，消除该模式下输入输出电压对工作频率的影响；采用伪锁相环技术，通过设计定时器电路将定时器与锁相环相结合，使系统的工作频率跟踪内部振荡器频率进一步锁定工作频率；通过外接一个可变电阻来设置系统工作频率，使系统工作频率实现可调，扩大芯片应用范围；设置可选的外同步功能，使系统不仅可以工作在用户需要的频率下，也可以在大负载的应用环境之下实现两相甚至是多相并联；采用同步整流技术，降低系统功耗；开关功率管和同步整流管均采用NMOS管并集成于片内，减小了版图面积提高了芯片集成度。综合以上分析，最终设计了一款恒定导通时间控制的频率可调的BUCK型DC-DC稳压器。 该稳压器除了具有软启动功能之外，在内部还集成了过温、短路保护等一系列的保护电路，其输入电压范围为4V至15V，输出电压范围为0.6V至5.5V，每个芯片可提供4A的输出电流，典型的工作频率为1MHz，可同步的频率范围为±30%。基于0.35μm BCD工艺在Cadence平台下用Spectre仿真工具对系统进行了仿真验证，仿真结果表明满足要求。

目录

第一个书签之前