一款高精度同步降压型DC/DC转换器的研究与设计

摘要

随着计算机系统以及便携式电子产品的不断发展，其体积不断减小、功能不断增多、性能不断增强，因此对为其供电的电源系统的要求也越来越高。随着芯片集成度不断增加，越来越多的功能集成到同一块芯片上，因此要求电源系统有更大的输出电流能力，同时外围元件的尺寸要尽可能小以节约面积。芯片的工作电压不断降低，对电源系统的输出电压精度要求更加苛刻，不仅要求电源系统在稳态工作时输出电压纹波很小，而且在输入电压、负载瞬态变化以及远距离供电时，电源输出电压同样要维持在很高的输出精度。
　　针对以上问题，本文设计了一种具有高电压输出精度的峰值电流模式同步降压型的DC/DC转换器。该转换器采用电流分享机制的多相位工作，这样在能够实现较大输出电流的同时，也能够降低输出电压纹波，外围元件也可以采用较小尺寸。此外本转换器还采用远端差分采样技术保证低电压大电流远距离供电的输出电压调整精度。
　　论文开篇介绍了本课题研究背景，并且阐述了关于DC/DC开关电源芯片的研究现状以及未来发展趋势；然后研究和分析了降压型DC/DC转换器的基本工作原理，并重点对控制模式以及同步整流技术进行了阐述；随后分析了其误差来源，提出了提高转换器低压大电流输出精度的几种方法，并进行了转换器的系统设计；接着对转换器系统中对输出电压调整精度影响较大的模块电路进行设计，并对模块电路的功能和关键参数给出了仿真验证结果；最后介绍了转换器系统仿真的拓扑设计，并针对转换器系统功能和关键参数进行了仿真验证。
　　基于CSMC BCD工艺，利用Cadence Spectre和Hspice软件对关键模块电路和转换器系统整体应用进行了功能和参数仿真。仿真结果表明，采用优化的设计方法设计的转换器系统，能够用较小的PCB面积实现低电压大电流高精度输出。转换器单通道最大输出电流15A，而且无论近距离还是远距离供电，系统的电压调整率和负载调整率都在±0.15％以内。芯片实现了预期的同步降压、高精度、大电流输出等特性，芯片关键性能满足设计和应用要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 课题研究现状与发展趋势

1.3 论文主要工作及章节安排

第二章 降压型DC/DC转换器基本原理

2.1 BUCK DC/DC转换器工作原理

2.2 同步整流

2.3 本章小结

第三章 高精度DC/DC转换器系统设计

3.1 DC/DC转换器的误差来源分析

3.2 提高DC/DC转换器精度的关键技术的分析与研究

3.3 本文设计的高精度Buck转换器系统结构

3.4 本章小结

第四章 高精度转换器关键电路设计与仿真

4.1 高固有精度高电源抑制带隙基准源

4.2 多相位时钟电路

4.3 远端采样电路

4.4 误差放大器电路设计

4.5 本章小结

第五章 高精度转换器系统仿真

5.1 双通道应用芯片总体仿真

5.2 多相位应用电流纹波仿真

5.3 远距离供电输出电压调制精度仿真

5.4 本章小结

第六章 总 结

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果