恒定导通时间控制的Buck型DC-DC转换器XD1593的设计

摘要

近些年，随着电子技术的不断发展进步，手机、笔记本电脑和相机等便携式电子产品越来越多地出现在人们的日常生活中。这些电子产品核心的组成部分就是电源，因此电源性能的好坏直接影响着电子产品的续航能力和使用寿命。要使电子产品的性能更加优良，关键是要优化电源的性能。目前，电源主要分为线性电源和开关电源。线性电源的转换效率低、不利于节能环保，因此线性电源逐步被开关电源所代替。正是因为开关电源具备功耗小、转换效率高、生产成本低这些优点，才被广泛应用于各个电子领域。
　　本文首先对开关电源技术进行了概述，并且介绍了开关电源的发展历程、研究现状及发展趋势、分类与应用；然后简述了DC-DC转换器的理论基础，重点介绍了降压型DC-DC转换器的拓扑结构、工作模式、调制方式以及控制模式；并且在此基础上讨论了本文所设计芯片的功能特点、系统架构、工作原理以及稳定性问题，对系统中的一些关键子模块电路进行原理分析和功能仿真验证；最后对整体电路的功能特性进行仿真验证，并给出版图布局。
　　本文所设计的转换器芯片采用的是恒定导通时间（COT）控制模式，这种控制模式电路不需要误差放大器和环路补偿网络，因此系统的架构简单、瞬态响应速度快。转换器根据负载电流的大小选择工作模式，在重载时选择连续导通工作模式，在轻载时选择非连续导通工作模式；芯片采用同步整流技术，使得系统在重载状态下转换效率最高可以达到96％，在轻载状态下转换效率高于85％；芯片的输入电压范围为4.2V~16V，输出电压范围为0.805V~13V，输出电流最大可以达到3A；芯片的内部集成了欠压锁存、过温保护、过流保护、过零检测等保护模块，提高了芯片的可靠性。
　　芯片XD1593基于0.18μm BCD30V工艺，使用Cadence和Spectre仿真工具对芯片的关键子模块及整体电路进行仿真验证。仿真结果表明，芯片的各项性能指标能够达到设计要求。

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第一章 绪论

1.1开关电源技术的概述

1.2开关电源的发展历程

1.3开关电源研究现状及发展趋势

1.4开关电源的分类与应用

1.5主要工作及章节安排

第二章 DC-DC转换器的分类及原理分析

2.1 DC-DC转换器的拓扑结构及原理

2.2 Buck型DC-DC转换器的工作模式

2.3 Buck型DC-DC转换器的调制方式

2.4 Buck型DC-DC转换器的反馈控制模式

第三章 XD1593系统设计及分析

3.1 XD1593的系统级概述

3.2 XD1593功能框图及内部模块设计

3.3 XD1593工作原理

3.4外围器件的设计

3.5系统的稳定性分析

第四章 XD1593关键模块设计与仿真

4.1软启动/软关断模块

4.2带隙基准模块

4.3欠压锁存模块

4.4过温保护模块

4.5定时器模块

4.6过零检测模块

第五章 芯片XD1593整体仿真验证及版图设计

5.1系统启动

5.2输出电压的纹波

5.3线性瞬态响应

5.4负载瞬态响应

5.5系统的效率

5.6 XD1593版图的设计

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

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