适用于高精度BUCK变换器的驱动及保护电路研究与设计

摘要

随着现代电子技术的飞速发展，便携式电子设备的功能更加多样化而且发展非常成熟，尤其是它的携带方便等显著特点使得电子产品已经成为人们生活中必不可少的一部分。电源作为电子产品的重要组成部分，对电源管理的性能要求也越发的挑剔。在各种各样的电源管理方式中，以开关电源的转换效率为最高（达到90％以上），可以有效的避免能源的浪费，符合节能减排等当前国际形势和发展趋势；另外，开关电源技术还具有高可靠性、重量轻、高速率、抗干扰能力强等优势，开关电源已经被广泛用于电子产品的各个领域。为了满足不同的性能指标和种类繁多的新型电子设备，开关电源的研究和开发一直是非常热门的方向。在开关电源中，功率管及其驱动电路的设计在提高芯片整体的转换效率中起着决定性作用；软启动电路、过温保护、欠压过压等保护电路是确保系统工作在一个安全的环境，为了提高芯片的整体可靠性必不可少。因此，对它们的研究和改进是很有必要的，对于提高开关电源的整体性能也是非常重要的。
　　本文首先阐述DC-DC开关电源的基本理论知识和当前开关电源方面的主要做法，对开关电源的主要模块分别进行理论和原理分析，解析这些做法的优缺点。经过综合分析，确定本文要设计的恒定导通时间控制的DCDC变换器，并针对本文所主要关注的驱动电路和保护电路的相关理论进行重点分析，对设计驱动模块可能出现的问题进行了剖析，如死区设置问题、防穿通保护问题等。再者针对本文重点设计的软启动模块、驱动模块、输出异常保护模块、过温保护电路进行了严谨的电路设计及仿真验证。模块功能符合总架构规划要求，性能稳定，逻辑控制能够达到系统要求。
　　最后基于0.35μm BCD工艺，运用Cadence下的Spectre仿真软件对系统的整体稳定性和可靠性进行了整体仿真。从仿真结果可以看出，该架构实现了输入电压4.5~28V，输出电压最低电压0.8V的BUCK变换器的实现方式，具有响应速度快，精度高、系统稳定度高等优点。

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第一章 绪 论

1.1 开关电源概述

1.2 开关电源的研究现状

1.3 开关电源的发展及问题

1.4 本论文的结构安排

第二章 BUCK变换器的基本理论

2.1 BUCK变换器的工作原理

2.2 BUCK变换器的调制方式

2.3 驱动及保护电路基本理论

2.4 本章小结

第三章 BUCK变换器的驱动及保护电路研究与设计

3.1 BUCK变换器的基本架构

3.2 驱动模块的设计要求及实现方式

3.3 保护模块的设计

3.3 本章小结

第四章 子模块的设计与仿真

4.1 软启动模块

4.2 驱动模块

4.3 过压、欠压、短路保护模块

4.4 过温保护模块（OTP）

4.5 本章小结

第五章 系统整体仿真及验证

5.1 系统上电过程仿真

5.2 负载跳变响应

5.3 满负载启动仿真

5.4 短路保护仿真

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果