滞环电流控制BUCK-BOOST转换器中的电流检测电路设计

摘要

开关电源转换器是电池供电的便携式电子产品不可或缺的模拟电路模块，随着便携式电子产品的发展，低电压、高集成度和高效率的DC-DC转换器的设计成为当前研究热点。滞环控制模式是最简单的控制方式，无需谐波振荡器和谐波补偿电路。本文针对滞环电流控制模式buck-boost DC-DC转换器，设计了其中的电流检测部分。
　　 本文分析了采用滞环模式控制的转换器的工作原理，介绍了几种传统的可用于DC-DC转换器的电流检测技术，比较了各种电流检测电路结构。针对滞环电流模式中电流检测电路的特点，采用基于MOS管导通电阻RDS的电流检测技术，设计了用于滞环电流模式buck-boost转换器的峰值电流检测电路、谷值电流检测电路、过零检测电路以及用于电流检测的基准电流源。峰值、谷值、过零检测电路的核心结构均采用共栅差分检测方式，使其可工作在输入电压接近于电源电压的条件下，同时，差分结构可以保证检测电路性能受工艺、电源电压、温度(PVT)波动的影响较小，增强电路的可靠性。基准电流源为电流检测电路提供参考门限，本基准电流源为电流求和型，使用线性温度补偿提高基准源温度性能，并使用微调电阻减小工艺漂动对基准输出电流的影响。最后，基于构建的滞环电流模式buck-boost系统的宏模型，完成了电流检测电路的各种性能的测试，并完成电路的版图设计。仿真结果表明，电路可工作在1.5V的低电压条件下，峰值和谷值电流检测电路的阈值在不同条件下变化范围均不超过30mA，过零检测电路阈值变化范围接近50mA，具有很好的稳定度。
　　 本文的电流检测电路是基于主流的超大规模集成电路制造工艺--0.18μm混合信号CMOS工艺进行设计，使用的设计和仿真工具包括VIEWDRAW，CADENCE，HSPICE。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和选题意义

1.2 电流检测电路的研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章滞环控制模式和电流检测技术

2.1 滞环控制模式

2.1.1滞环电压控制模式

2.1.2滞环电流控制模式

2.2 电流检测技术

2.2.1串联电阻检测电流法

2.2.2基于电感寄生电阻的检测法

2.2.3基于MOS管导通电阻RDS的检测法

2.2.4 SENSE FET检测法

2.2.5基于滤波器的电流检测法

第3章 电流检测电路的设计

3.1 设计背景及指标

3.2 电流检测电路设计思想

3.2.1 峰值和谷值电流检测电路设计思想

3.2.2过零检测电路设计思想

3.3 电流检测电路中的基准电流源设计

3.3.1基准核心电路

3.3.2温度补偿电路

3.3.3基准电流输出电路

3.3.4偏置电路

3.3.5启动电路

3.3.6微调电阻的设计

3.4 峰值电流检测电路设计

3.5 谷值电流检测电路设计

3.6 过零检测电路设计

3.7 电路延时对检测电路的影响分析

第4章 电路仿真结果与分析

4.1 电流检测电路中基准电流源仿真结果及分析

4.1.1 温度特性

4.1.2电源电压稳定性

4.1.3 启动时间

4.1.4不同pvt条件下的温度性能

4.2峰值电流检测电路仿真结果及分析

4.2.1 峰值电流检测电路直流特性

4.2.2 峰值电流检测电路瞬态分析

4.3 谷值电流检测电路仿真结果及分析

4.3.1 谷值电流检测电路直流特性

4.3.2谷值电流检测电路瞬态分析

4.4 过零检测电路仿真结果及分析

4.4.1过零检测电路直流特性

4.4.2 过零检测电路瞬态分析

4.5 系统仿真结果

第5章版图设计

5.1 CMOS工艺中的PNP管及其匹配

5.2 微调电阻及电阻匹配

5.3 晶体管匹配

5.4 设计电路版图

5.5 电路版图后仿结果

结论与未来的工作

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文