基于BCD工艺的高压高效率DC/DC转换器设计

摘要

随着电源技术不断向高频化、集成化发展，高频开关电源更是电源技术领域的新课题，因此新型的开关电源控制转换器也就成为研究的重点。
　　 本文基于0.5um 20V BCD工艺，设计了一款高压高效率的降压型开关电源转换器，所设计的转换器采用降压DC/DC拓扑结构，采用脉冲宽度调制即PWM控制方式，可达95％的转换效率。
　　 本文首先介绍了DC/DC转换器的工作原理，详细分析了降压型电流控制模式的PWM开关电源的主要拓扑结构。再根据PWM开关电源的原理和特点，合理的设计了各个模块电路，其中包括：带隙基准源、过温保护模块、电压误差放大器、电流检测放大器、PWM比较器、振荡器、驱动部分和自举电路等。根据每个子电路的特殊需求，详细地分析了它们的功能如何实现，并采用Cadence进行了功能仿真，仿真结果显示基本达到了设计要求。
　　 该转换器输入电压范围4.5V到24V，输出电压范围0.81V到15V，峰值输出电流为1.2A。转换器固定工作频率为1.4MHz，当输出电压低于一定值时，内部振荡器频率会降为460KHz。电流模的工作模式提供了快速瞬态响应，而且提供了很好的环路稳定性。该转换器可广泛应用于分布式电源系统、电池充电器、LED驱动等。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1 开关电源概述

1.2开关电源的发展

1.2.1 稳压电源的发展历史

1.2.2开关电源的发展趋势

1.3 BCD工艺技术概述

1.3.1 BCD工艺特点及应用

1.3.2 DMOS器件的结构、工作原理与特点

1.4本论文的主要工作

1.4.1开发环境

1.4.2论文的安排

第二章DC／DC转换器基本原理

2.1 DC／DC转换器的拓扑结构

2.1.1 Buck转换器

2.1.2 Boost转换器

2.1.3 Buck-Boost转换器

2.1.4 Cuk转换器

2.2开关电源的控制方式

2.2.1 PWM控制方式

2.2.2 PFM控制方式

2.2.3混合控制方式

2.3本章小结

第三章DC／DC转换器系统的研究

3.1总体性能要求

3.2转换器的结构及工作原理

3.2.1转换器的结构

3.2.2转换器的工作原理

3.3斜坡补偿的原理

3.4系统的稳定性和频率补偿

3.5系统的效率

3.5.1 半导体器件的电能损耗

3.5.2转换器的效率

3.6本章小结

第四章单元电路的设计与仿真

4.1带隙基准源电路

4.1.1基准电压源电路基本原理

4.1.2基准电压源电路设计

4.1.3基准电压源仿真

4.2过温保护电路

4.2.1 过温保护电路设计

4.2.2过温保护电路仿真

4.3 电压误差放大器

4.3.1 电压误差放大器的设计

4.3.2误差放大器的仿真

4.4电流检测

4.4.1 电流检测

4.4.2电流检测放大器的设计

4.4.3 电流检测放大器的仿真

4.5 PWM比较器

4.5.1 PWM比较器的设计

4.5.2 PWM比较器的仿真

4.6振荡器

4.6.1振荡器电路的设计

4.6.2振荡器电路的仿真

4.7驱动电路和自举电路

4.7.1驱动电路

4.7.2 自举电路

4.8功率管选择

4.9本章小结

第五章系统整体电路仿真验证

5.1 BUCK DC／DC转换器的整体电路

5.2主电路参数选择

5.2.1输出电压的设置

5.2.2 电感的选择

5.2.3输入电容的选择

5.2.4输出电容的选择

5.3整体功能仿真

5.3.1 典型工作条件下的系统整体仿真

5.3.2负载调整仿真

5.3.3线性调整仿真

5.3.4电路的启动和关断

5.3.5效率的计算

5.4本章小结

第六章总结

致谢

参考文献

研究成果