轻负载下BUCK电路的模式控制和分段技术研究与设计

摘要

在电子便携设备全面普及的今天,多媒体终端的发展,要求集成电路芯片朝着高集成度、更低功耗的方向发展,同时也对电源管理芯片提出了更高的要求,在有限的电池容量基础上,如何更好的延长电池使用时间,延长电池寿命成为重要课题。在众多电源管理芯片中,DC-DC变换器高效的特点使其得到更多的重视和更广泛的应用,因此,研究提高DC-DC变换器的系统转换效率是非常有意义的,本文正是致力于提高DC-DC变换器在全负载范围内都有较高的转换效率,对轻负载下Buck电路的模式控制和分段技术进行研究与设计。
　　本文首先简述了当前DC-DC变换器的发展现状和趋势,以及开关电源的基本拓扑结构和常见调制模式,然后分析了轻负载下提升效率的两种方法。在此基础上,本文针对功率管的导通损耗和驱动损耗进行重点推导分析,作为本设计功率管分段的重要依据。本文详细描述了所设计的一款双模控制分段驱动功能的DC-DC变换器,重点设计了DCM下利用占空比检测电路量化负载电流,根据量化结果对功率管进行自适应分段,同时阐述了模式切换的设计和PSM调制模式具体电路等关键子电路的设计。最后优化电路参数,对整个DC-DC变换器的特征指标进行了细致的仿真验证,并完成了版图的设计。
　　本文设计的芯片整体面积为1.2mm×1.25mm,采用0.13μm标准CMOS工艺,最终仿真结果显示本文设计的这款带有双模控制自适应分段的DC-DC变换器,能够在轻负载下通过模式切换和分段驱动技术有效的提高转换效率,全负载效率保持在70％以上,在15mA处通过分段效果,效率提升5.3％,验证了本次设计方案的可行性。

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第一章 绪论

1.1 DC-DC变换器的发展现状与发展趋势

1.2 本课题研究意义与价值

1.3 本文主要工作

第二章 DC-DC变换器的基本原理

2.1 DC-DC变换器常见拓扑结构

2.2 DC-DC变换器常见调制模式

2.3 本章小结

第三章 Buck电路损耗分析和轻载效率提升技术

3.1功率管功耗分析

3.2 轻负载效率提升技术

3.3 分段驱动控制电路的具体实现

3.4 本章小结

第四章 双模控制Buck变换器的系统设计

4.1系统整体结构与工作机理

4.2 模式切换的设计

4.3占空比检测电路

4.4 误差放大器

4.5模式检测电路

4.6本章小结

第五章 整体仿真与版图设计

5.1 系统功能验证

5.2 版图设计

5.3 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果