一种高效率电流模开关电源的研究与设计

摘要

随着消费电子产业的蓬勃发展，作为电源和电子系统的接口，DC-DC转换器在各种电子产品里都得到了广泛的应用，特别是应用在便携式电子产品中，在如何实现系统性能和功耗的折衷方面上，DC-DC转换器更是起了关键的作用。随着集成电路技术的发展，性能良好的峰值电流模PWM DC-DC转换器已经成为市场的主流。同时由于电子产品对于持续工作的要求进一步提升，如何做到电源的高效率已经成为开发电源芯片的一个重点，这也是本论文所要深入研究的方向。 本论文设计了一种升压型DC-DC电源管理芯片。芯片采用电流模PWM控制，正常的工作频率为200kHz，输入电压1.1V～3.2V，能够在0.8V时启动，正常工作下转换效率到达90％以上，文章首先介绍了DC-DC转换器的工作原理和基本设计要求，深入系统地分析了峰值电流模PWM DC-DC，与电压模PWMDC-DC相比较存在的优缺点，然后从建立系统模型入手，介绍系统工作原理，着重分析了系统的稳定性以及斜波补偿的作用，并且设计完成了整个系统的控制环路等系统模块，接着从转换芯片中主要的损耗方面进行分析，提出了一些提高效率的改进手段。特别是其中改进的电流检测方案，能够在很低的功耗下准确的检测出电感电流，具有一定的创新性。电路设计中利用Cadence下的spectre对设计方案进行了模拟仿真。 在完成系统模块设计之后，利用这些模块搭建成整个系统，系统模拟仿真表明，系统能够稳定工作，并且满足系统设计指标。低压下启动工作，在效率上比起传统的芯片有了很大的提高，满足了对于高效率升压型电源管理芯片的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1电源管理芯片简介

1.2电源管理芯片的发展

1.3电源管理芯片的国内外动态

1.4本论文主要研究内容及结构安排

第二章开关电源的原理介绍

2.1开关电源变换器的基本原理和拓扑结构

2.1.1 Buck变换器(降压变换器)

2.1.2 Boost变换器(升压变换器)

2.1.3 Buck-Boost变换器

2.1.4 (C)uk变换器(Boost-Buck变换器)

2.2控制方法

2.2.1 PWM控制

2.2.2 PFM控制

2.2.3 PFM和PWM混合控制

2.3环路反馈模式

2.3.1电压模控制

2.3.2峰值电流模控制PWM

2.3.3其他控制模式

第三章峰值电流模PWM DC-DC的系统设计

3.1系统建模分析

3.1.1功率级建模

3.1.2控制级建模

3.2电流环路稳定性分析

3.2.1无补偿斜波下的稳定性

3.2.2斜波补偿的作用

第四章电路模块的分析与设计

4.1电流检测

4.1.1传统的电流检测方法以及缺点

4.1.2几种改进电流检测的方法

4.1.3仿真结果

4.2同步整流

4.2.1同步整流的电路结构

4.2.2同步整流管的导通电阻

4.2.3同步整流与二极管整流的比较

4.3零电流检测

4.4抗振铃电路

4.5电压基准

4.5.1带隙基准的基本原理

4.5.2 Boost芯片中的带隙基准及其特点

4.5.3带隙基准的核心电路

4.5.4仿真结果

4.6振荡器

4.7比较器

4.7.1 PWM调制器

4.7.2零电流检测比较器

4.8斜波补偿

第五章整体电路仿真

5.1整体电路仿真

第六章总结和展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢