采用伪三型补偿方式的DC-DC变换器设计

摘要

随着笔记本电脑、移动电话、MP3等便携式设备的快速发展,DC-DC变换器使用越来越广泛。目前DC-DC变换器的发展潮流是体积更小、性能更强。当前减小 DC-DC变换器体积的方法包括:降低 CMOS标准工艺线宽,减小所使用的无源器件尺寸和数目。随着工艺水平的提高,CMOS标准工艺的线宽在不断下降,已经进入纳米级水平;无源器件尺寸和数目的减少则需要使用不断发展的片上补偿技术。为了向不同模块供电,集成多路DC-DC变换器的PMU(Power Management Unit)芯片得到了快速发展。PMU芯片将多路电源变换器(包括DC-DC变换器和LDO(Low Drop Regulator))模块集成到一块芯片上。PMU在对多个设备供电的同时,也节约了大量空间。
　　本文设计了一种适用于PMU芯片集成的伪三型补偿方式DC-DC变换器。传统的三型补偿方式利用运放与电阻电容网络来得到低频零点,往往需要很大的电阻和电容,无法进行片内集成。本文设计的伪三型补偿方式的DC-DC变换器在达到三型补偿效果的同时,只需要很小的电容和电阻,有利于提高芯片集成度;采用全差分电路结构,能够有效抑制共模信号和地噪声的影响;减小了DC-DC变换器输出电压的稳态误差,提高了系统的调整率和动态调压速度;采用PWM(Pulse Width Modulation)和PSM(Pulse Switch Modulation)双模式转换,并在不同模式下采用死区控制技术、动态自关断控制和自适应功率管尺寸调整技术,提高了DC-DC变换器在不同负载下的工作效率。
　　本文设计的伪三型补偿方式的DC-DC变换器芯片,利用了0.13μm标准CMOS工艺。仿真结果表明,本文设计的DC-DC变换器成功地达到了所有的要求指标:输入电压2.6-4.2V,开关频率2MHz;输出电压从0.7~1.5V连续可调,以25mV为步长;调整率小于1％,最大负载电流为1A,效率达到了90％以上。

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第一章 绪 论

1.1 论文研究的背景和意义

1.2 DC-DC变换器现状和发展趋势

1.3 本文主要工作

第二章 DC-DC变换器的工作原理

2.1 DC-DC变换器基本拓扑结构

2.2 DC-DC变换器调制方式

2.3 DC-DC变换器环路控制方式

2.4 本章小结

第三章 DC-DC变换器环路稳定性分析

3.1 Buck变换器传输函数分析

3.2 常用补偿方式

3.3 文献[7]所采用的补偿技术

3.4 本章小结

第四章 伪三型补偿技术的电路实现

4.1伪三型补偿技术的分析

4.2 伪三型电路仿真

4.3 伪三型补偿与传统补偿对比

4.4 本章小结

第五章 效率提升技术

5.1 自适应死区时间控制技术

5.2 动态自关断控制技术

5.3 自适应功率管尺寸调整技术

5.4 本章小结

第六章 整体仿真和版图

6.1 Buck变换器仿真

6.2 PMU整体仿真

6.3 版图和封装

第七章 结 论

致谢

参考文献

攻硕期间所取得的研究成果