一款高效固定导通时间的同步BUCK型DC-DC稳压器

摘要

随着电子信息产业的飞速发展，电子产品与人们的日常生活变得越来越密不可分，与此同时，电子产品的功能也趋于多元化，智能手机、智能手环、平板电脑、手提电脑等产品，逐渐成为日常生活中的必需品，人们对这些电子设备的便携性和高效性的要求越来越高，市场对电源性能的要求也越来越高。然而传统电源往往采用线性电源，这种电源效率低、体积大、输入范围窄，所以开关电源应时而生。开关电源中的DC-DC电源因其灵活的电压变换方式，而被人们广泛应用，采用新型控制模式的DC-DC电源逐渐脱颖而出。针对现有电源管理芯片效率低下，瞬态响应速度较慢，输出电压不可调等问题，本文以恒定导通时间控制模式为基础，设计了一款高效，实用的同步BUCK型DC-DC稳压器，主要研究成果如下。 1.设计了一款宽输入电压范围（2.7V~30V），输出电流可达6A的采用COT模式控制的DC-DC稳压器，并且输出电压可调（0.8V~13.2V）。由PWM控制的输入前馈可以保证在整个输入电压范围内都具有快速瞬态响应的能力，此外COT控制模式中不需要误差放大器和环路补偿，更加缩短了瞬态响应的时间，开关频率可由外部程序控制达到1MHz。 2.提出了一种带有最小导通时间限制模块的定时器结构。增加最小导通时间限制模块，利用逻辑或非门高信号为有效信号的原理，来限制最小脉冲宽度为146.6ns，通过最小导通时间模块与定时器模块协同工作能够屏蔽干扰信号，过滤脉冲，增强芯片的抗干扰性和可靠性。 3.改进了PWM/PFM混合调制方法。通过设置MODE引脚来选择调制方式，根据MODE引脚的信号高低选择强制PWM模式和PWM/PFM自由切换模式。进入PWM/PFM自由切换模式后，则根据负载检测电路，重载条件选择PWM，轻载条件选择PFM。能够在大的负载范围内都保持高效，芯片效率可达90%，即使在24V转1.05V的低占空比条件下，效率也能够达到75%。 4.采用了一种新型的封装形式。将模拟电路、主开关管、续流管分别采用三个裸片进行封装，减小了相互之间的干扰。模拟电路和主开关管置于VINP区域，续流管置于LX区域，节省了上管到VINP和下管到LX之间bonding线，从而减小线阻。 5.设计版图、样片测试、流片量产。所设计稳压器还具有多重保护功能，例如欠压锁存，环路电流限制，输出过压保护，短路保护，以及热关断等。芯片基于UMC的0.25um BCD工艺，选择Cadence、HspiceD等EDA工具对整体电路进行电路仿真、版图设计，并进行了流片验证，使用Tektronix、Rigol等公司的示波器、电源、万用表等工具对样片进行实测，额定环境工作温度是：-40℃~85℃。仿真及测试结果表明，芯片各项参数指标均满足设计要求。

目录

第一个书签之前