Design and System Model of Current-Mode Boost DC/DC Converter

摘要

开关电源具备高效率、低损耗等优点,广泛应用于通讯、航空、电子等领域,是电子设备中一个重要组成部分,其性能优劣将直接影响到整个系统的性能和可靠性。
　　为满足低压输入,高压输出的设计要求,本文设计了一款峰值电流模式控制的升压转换器,为红外探测器驱动电路提供稳定的直流电压。升压转换器的输入电压为5V,输出电压为6V,最大负载电流为200mA,工作频率为1MHz。
　　本文采用了三端开关器件模型对Boost转换器进行了系统建模和小信号分析,给出了详尽的理论推导,得到了系统的环路模型。然后从系统的稳定性和瞬态响应的角度出发,分析和设计了系统环路的各项参数,并利用MATLAB进行仿真验证,完成了系统级的参数设计,然后在该设计参数的指导下完成了整个系统的各个重要模块的电路级设计和仿真,并给出了各模块和系统整体仿真的结果。
　　本次设计采用0.35μm BCD工艺实现,利用Cadence Spectre进行仿真,仿真结果表明各关键模块的性能达到预期设计要求。所设计的Boost转换器的典型输出电压纹波为8mV。在输入电压存在10％的扰动或负载电流做满载200mA和空载之间的切换时系统都能稳定地工作,恢复时间小于25?s。

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1 绪论

1.1 开关电源技术概述

1.2 开关电源技术的发展趋势

1.3 课题的研究背景和意义

1.4 论文结构和主要内容

2 Boost转换器基本原理分析

2.1 Boost转换器基本结构

2.2 Boost转换器稳态分析

2.3 Boost转换器控制模式分析

2.4 本章小结

3 Boost转换器的系统建模

3.1 转换器的参数设计

3.2 转换器的系统建模

3.3 本章小结

4 Boost转换器系统环路设计

4.2 电流环路设计

4.3 电压环路设计

4.4 本章小结

5 Boost转换器核心电路模块设计

5.1 控制芯片整体电路设计

5.3 锯齿波振荡器的设计

5.4 误差放大器设计

5.5 电感电流采样电路设计

5.6 启动电路设计

5.7 跨周期模块

5.8 逻辑驱动电路设计

5.9 本章小结

6 系统总体仿真

6.1 软启动仿真

6.2 输出电压纹波仿真

6.3 瞬态响应仿真

7 结论

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表的论文