一款高效率Buck型DC-DC转换器XD1591的研究与设计

摘要

随着社会的进步，人们的生活水平日益提高。各种各样的电子设备不断推出，对转换器的体积和使用效率要求越来越高，这样就需要电源管理技术。尽管开关电源兴起时间比较晚，但是自从其出现以后就改变了世界的面貌，给人们的生活带来了活力。本文基于西安电子科技大学超高速电路设计与电磁兼容教育部重点实验室的科研项目“深亚微米电源管理类集成电路关键技术理论研究与设计”，作者承担的是一款高效率峰值电流模同步降压型DC-DC转换器XD1591的研究与设计。
　　论文首先对国内外电源管理技术的发展概况和趋势进行了介绍；接着对Buck型DC-DC转换器的基本结构和工作原理进行了详细的说明；然后对芯片进行了系统级的研究与设计，设定了电特性指标；继而对芯片的关键模块进行了电路设计与仿真验证；紧接着对芯片的关键技术进行了设计与研究；最后给出了芯片的整体特性仿真结果。
　　芯片XD1591的工作频率为420kHz，简化了外围电路的设计，从而减小了芯片的PCB面积。采用同步PWM峰值电流模的控制方式，有效地提高了芯片的效率和瞬态响应速度。线性斜坡补偿电路减小对芯片带载能力的影响，克服峰值电流模在占空比大于50％时的亚谐波振荡问题。在芯片设计时，为了保证芯片在不同情况下正常工作还加入了保护电路。过温保护电路能够防止高温时芯片损坏，当芯片温度高于150℃时，关断芯片，当芯片温度低于140℃时，重新开启芯片，有10℃的迟滞量能够防止误操作的发生；欠压锁存电路能够防止芯片在输入欠压时输出错误信号。诸多保护措施保证了芯片能够稳定可靠的工作。此外，芯片还具有同步外部输入频率的功能，当外部输入时钟信号时，能够通过鉴相/鉴频器使内部振荡器同步到外部输入频率。
　　芯片XD1591的设计采用0.5μm BCD工艺，利用Cadence和Hspice仿真平台对其整体性能进行了仿真验证，仿真结果表明芯片的功能和性能均已达到预定设计要求。

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第一章 绪论

1.1电源管理技术的发展及难题

1.2电源管理芯片的不同分类及其优劣

1.3电源管理技术的发展趋势

1.4选题背景

1.5论文研究内容与章节安排

第二章 Buck型DC-DC转换器原理介绍

2.1 DC-DC转换器不同拓扑结构

2.2 DC-DC转换器的稳态分析

2.3环路控制的方式

2.4 Buck型DC-DC转换器的主要性能指标

第三章 芯片XD1591的系统设计

3.1 XD1591的主要性能指标

3.2 XD1591的系统功能设计

3.3 XD1591的典型应用电路与外围器件选择

第四章 芯片XD1591关键子模块设计与验证

4.1带隙基准电压模块

4.2欠压锁存模块

4.3过温保护模块

4.4振荡器模块

4.5偏置电流模块

第五章 芯片XD1591的工艺版图及整体功能仿真

5.1芯片的工艺

5.2芯片的整体功能仿真

5.3芯片的版图设计

第六章 结论

参考文献

致谢

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