BUCK变换器低压高效率的技术研究与电路实现

摘要

电子设备尤其是便携式电子设备对供电电源的需求具有多样化，如：要求不同的供电电压，要求不同的带负载能力，不同频率下的应用。然而，对于大多数便携式电子设备（手机、平板、数字播放器等），效率是最重要的参数之一，因为关系到其续航能力。同时，一些便携式设备也要求低的供电电压，这不仅来自于工艺发展要求，也是低电源电压的发展潮流。
　　基于以上考虑，本文对便携式设备的电源系统的低输出电压和高效率设计展开研究并给出具体实现电路，设计了一种恒定导通时间的谷值电流控制模式的同步降压控制器。采用恒定导通时间，可得到低占空比，另外利用裕度调节技术改变输入到误差放大器的基准电压，这样可以使输出电压可调；另外采用功率管导通电阻采样和自适应死区时间技术来提高效率，同时控制电路简单是这种控制模式的先天优势。
　　论文首先对开关电源进行概述，介绍其发展趋势；然后总结了电流控制的几种模式，分析了电流控制模式与不同调制模式之间结合的原理及优缺点；随后分析了低占空比即低输出电压的限制因素，分析了开关电源主要的功率损耗，针对不同的损耗部分提出了不同的设计思路及实现电路来减小损耗；在此基础上，提出本文所设计芯片的整体架构；接着根据系统要求设计芯片内部电路；最后对控制器系统功能和重要参数进行了仿真验证。
　　基于0.35um BCD工艺，利用Cadence和Hspice对子电路和系统进行了仿真。结果表明了，该芯片可输出接近0.6V的低输出电压，重载时芯片效率可高达97％，轻载也可到达67%，最大输出电流10A，实现了预期的低输出电压，高效率等特性，芯片关键性能满足设计和应用要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 开关电源的概述

1.2 课题研究背景

1.3 论文主要工作及章节安排

第二章 COT谷值电流控制模式BUCK控制器工作原理

2.1 电流型控制

2.2 COT谷值电流控制BUCK控制器工作原理

2.3 本章小结

第三章 低压高效率DC-DC控制器的技术研究

3.1低压和高效率的限制因素

3.2电流采样技术

3.3死区时间控制技术

3.4 本文设计的低压高效率BUCK变换器系统结构

3.5 本章小结

第四章 芯片内部子电路模块的分析、设计与仿真验证

4.1 高电源抑制的带隙基准源

4.2 裕度调节电路

4.3 片内次级电源

4.4 过零电流比较器设计

4.5 自适应死区时间控制设计

4.6 本章小结

第五章 低压高效率转换器系统仿真

5.1芯片总体仿真拓扑

5.2系统仿真结果与分析

5.3效率仿真

5.4 本章小结

第六章 总 结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果