一种自适应导通时间Buck型DC-DC转换器控制模块的研究与设计

摘要

随着集成电路的快速发展，各种便携式电子产品层出不穷，消费者对电子产品的需求也越来越多，电源作为电子产品的重要组成部分，它的性能好坏对电子产品的稳定性和可靠性具有重要的影响。开关电源具有转换效率高、体积小、重量轻、抗干扰能力强等特点，在电源市场中所占的市场份额较高。自适应导通时间控制模式的降压型转换器由于具有控制环路简单、瞬态响应速度快的特点成为开关电源的研究热点。同时随着芯片集成度的提高，系统的功耗也随之增加，这会导致芯片的温度升高，对系统的稳定性和可靠性工作产生重要的影响，因此，为了维持系统的稳定性需要在芯片内部设置过温保护电路。本文的主要内容就是针对自适应导通时间定时器和过温保护电路进行研究与设计。 本文首先对该课题的研究背景及意义、Buck型开关电源和过温保护电路现状及发展趋势进行了介绍；然后对Buck型DC-DC转换器的基本工作理论基础进行了概述；接着对系统的主要组成部分和工作原理进行了分析介绍；然后对自适应导通时间定时器和过温保护电路进行了研究设计，包括比较器电路、导通时间产生电路、温度检测电压产生电路等。 自适应导通时间定时器电路中的比较器采用三级放大电路来提高增益，减小传输延时；在导通时间产生电路中采用了与输入电压成正比的电流来作为偏置电流，使导通时间能够根据输入、输出电压的变化实现自适应的调节。过温保护电路中温度采样电路基于三极管基极-发射极的温度特性产生，随输入电压的变化较小，具有较高的稳定性。 在Cadence软件中，基于0.18μmBCD工艺模型，利用Hspice软件对电路进行功能仿真分析，仿真结果表明，系统典型工作频率为1.5MHz，输出电压为1.8V；导通时间能够随输入电压的增大而减小，随输出电压的增大而增大；输入电压在3V~5.5V范围内变化时，系统工作频率最大误差为2.7%，输出电压在1.2V~2.4V范围内变化，系统工作频率最大误差为2.0%；过温保护电路在典型应用下，过温阈值为150.5℃，恢复阈值为130.5℃，输入电压在3V~5V内变化时，过温阈值和恢复阈值的最大变化量为0.01℃，迟滞温度稳定在20℃；最后将定时器和过温保护电路进行联合仿真，仿真结果显示系统在处于过温状态下时停止工作；当温度下降到使过温保护电路输出为低电平时系统恢复正常工作，实现过温保护的功能。

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