一款宽压高效率降压型DC/DC转换器的研究与设计

摘要

随着电子信息技术的发展，各种小型化、便携式、可穿戴的电子设备在人们的日常生活中逐渐普及。这些电子设备功能繁多，并且体积越来越小，这使得电池续航成为一个很大的挑战。电源管理芯片不仅能提高电能的利用率，还能提供非常稳定的电源电压。因此，研发占用空间小、效率高的功率管理芯片是一种必然的市场趋势。同时，在一些特定场合下要求电源管理芯片具有较宽的电压输入范围，以便使该芯片可以用在更多的领域。但在输入电压较高时，静态功耗会增大，因此在整个宽输入电压范围内都保证较高的效率是一个不小的难题。
　　本文基于bipo lar工艺，设计了一款大负载电流（峰值电流可达3A）、高效率和宽输入电压范围（5.5V~60V）的 BUCK型DC/DC转换器芯片。该芯片开关频率为500KHZ，采用内部集成的功率开关管，导通电阻最低可以达到0.1Ω，典型应用下效率可达85％以上。在功率管的驱动上采用了无关断电流的驱动技术，降低了驱动电路和功率管的静态功耗。并且使用输出电压给内部模块提供电流的方式来提高轻负载高输入电压时的效率，从而给宽输入电压范围提供了效率保证。该芯片主要应用于便携式计算机、工业电子和汽车电子、分布式电源等领域。
　　本篇文章首先介绍了开关电源技术的在当代的研究现状和在未来的发展趋势。接着讲述了DC/DC转换器的几种拓扑结构及其各自的工作原理。然后，对BUCK型DC/DC转换器的几种主要的功率耗散机制做了研究分析，揭示了影响转换器效率的几个因素和耗散原理，并根据分析结果提出了减小功率耗散的方法。接着，在此理论基础上对BUCK DC/DC变换器进行系统级和模块级的设计和仿真，最终得到一个宽输入电压高效率的BUCK DC/DC转换器电路。最后，对外围电路进行设计，并且对加上外围电路后的整个电路进行仿真验证。结果表明，在5.5V~60V的输入电压范围内，该BUCK DC/DC转换器芯片能够稳定高效的工作。
　　论文的最后对全文的工作和不足进行了总结，并明确了以后的发展方向。

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第一章 绪 论

1.1开关电源研究工作的背景与意义

1.2 DC/DC开关电源的国内外研究现状和未来的发展趋势

1.3 本文的主要研究内容与章节安排

第二章 DC/DC转换器的基本拓扑和基本原理

2.1 DC/DC调整器的基本拓扑分类

2.2 BUCK型变换器的调制方式和稳压原理

2.3 本章小结

第三章 BUCK DC/DC转换器的功耗分析和高效率方法的研究

3.1 BUCK DC/DC转换器的功耗分析

3.2 提高BUCK DC/DC转换器效率方法的研究

3.3 本章小结

第四章 主要控制电路模块的设计与仿真验证

4.1驱动电路模块和功率管的设计

4.2电压调整器模块

4.3 误差放大器模块

4.4 振荡器（OSC）模块

4.5 本章小结

第五章 芯片外围设计和整体电路的仿真分析

5.1 典型应用下芯片的外围连接方式

5.2 BUCK DC/DC转换器整体电路的仿真验证

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果