DC-DC电源芯片电流保护及稳定性研究

摘要

目前，电源管理芯片已经广泛应用于通信、电脑、消费电子等诸多领域。并且随着便携式电子设备的迅速发展，市场对重负载、高效率、高可靠性DC-DC产品的需求愈加强烈。本文紧跟市场发展动向，着力研究重负载应用下电源管理产品的稳定性及电流保护理论方法并解决相关技术难题以提高系统的可靠性和转换效率。研究成果如下。
　　1.提出了一种用于电流模降压型DC-DC转换器的片内自适应频率补偿结构以克服环路稳定性依赖于负载的不足。采用该补偿技术的转换器能够产生随负载变化的零点以抵消不同负载条件下输出极点变化对稳定性带来的不良影响，从而保证转换器在全负载范围内均能稳定工作。
　　2.提出了一种用于高压降压型DC-DC转换器的主开关管驱动电路。该主开关管采用40V P沟道横向扩散金属氧化物半导体(PLDMOS)器件，其漏端到源端以及漏端到栅端可耐40V高压，但源端到栅端最大耐压值为5V。与传统驱动电路相比，本文提出的驱动电路可以产生精准的5V驱动电压以防止主开关管损坏，同时可以实现低导通阻抗以及简单的环路稳定性设计。该驱动电路具有很强的驱动能力可以有效降低开关损耗，死区时间的加入避免了短路损耗。因此，转换器的效率显著提高。
　　3.提出了一种新颖的恒流恒压控制技术以克服传统电流限制方法中输出限流值受温度、电源电压以及输出电压等参数影响较大的不足。采用该技术的转换器可以工作在恒流或恒压两种模式。恒压模式对输出电压进行调节，当输出电流逐渐增大到恒流阈值，转换器进入恒流模式对输出电流进行限制。两种工作模式由独立的反馈环路进行控制，从而可以获得高精度的恒压输出以及恒流输出。
　　4.提出了一种新颖的用于降压型DC-DC转换器的短路保护技术，推导得出转换器所需的短路工作频率以避免固有传播延时的影响。在持续短路状态，转换器以折返的工作频率和峰值电流限制持续低功耗工作。一旦短路状态解除，转换器可以自动恢复到正常工作状态，通过输出反馈电压箝位软启动信号，短路恢复过程平稳没有过冲。从而在降低短路功耗的同时显著增强芯片可靠性。
　　5.提出了一款带有自适应死区时间控制电路以及抗振铃电路的同步升压型DC-DC转换器。自适应死区时间控制电路动态调节死区时间并进行零电感电流检测，从而降低短路损耗、体二极管导通损耗、电荷分配损耗以及反向电感电流损耗，实现高效率。抗振铃电路由功率管的开关时序控制，有效地抑制了当DC-DC转换器工作在不连续导通模式时产生的振铃现象，从而降低电磁干扰并进一步提高效率。
　　6.提出了一种新颖的带有衬底切换技术的片内软启动电路用于电流模升压型DC-DC转换器。内部软启动电路有效抑制芯片上电时电感中出现的浪涌电流，同时可以对输出短路电流进行限制。当短路状态移除后，转换器可以平稳地自动恢复到正常工作状态。衬底切换技术实现了转换器输出的真关断，从而降低了系统功耗，增强了芯片工作的可靠性。

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第一章 绪论

1.1电源管理技术与开关电源简介

1.2国内外发展现状与研究趋势

1.3论文研究内容与组织结构

第二章 DC-DC转换器基本理论

2.1引言

2.2降压型DC-DC转换器工作原理

2.3升压型DC-DC转换器工作原理

2.4 DC-DC转换器系统设计考虑

2.5本章小结

第三章 降压型DC-DC转换器稳定性研究

3.1引言

3.2传统电流模式环路补偿方法

3.3基于自适应零点跟踪的频率补偿方法研究

3.4高精度强驱动能力的驱动电路设计

3.5本章小结

第四章 降压型DC-DC转换器中高精度电流限制方法研究

4.1引言

4.2传统的电流限制方法

4.3高精度恒流恒压模式降压型DC-DC转换器设计

4.4本章小结

第五章 降压型DC-DC转换器中短路保护方法研究

5.1引言

5.2传统短路保护方法

5.3新颖的短路保护方法研究

5.4本章小结

第六章 升压型DC-DC转换器中电流保护方法研究

6.1引言

6.2高效率低EMI的抗振铃技术

6.3带有衬底切换的片内软启动技术

6.4本章小结

第七章 总结与展望

7.1研究总结

7.2研究展望

参考文献

致谢

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