超低輸入DC-DC變換器的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，各類電子設(shè)備對開關(guān)電源的要求也在逐步提高，包括要求高集成性、低電源、高可靠性以及高轉(zhuǎn)換效率等等，因此，對開關(guān)電源的研究的必要性顯而易見。本文通過對DC/DC變換器基本工作原理的深入學(xué)習(xí)研究，設(shè)計了一款新型的升壓型開關(guān)電源芯片，具有輸入電源電壓范圍寬、轉(zhuǎn)換效率高、片外電路簡單等特點。輸入電壓范圍為0.8V-4.5V，適用于單節(jié)電池供電的便攜式設(shè)備，輸出電壓為穩(wěn)定的直流5V電壓，負(fù)載電流最大可達(dá)500mA，紋波小于1

2、％，重載時轉(zhuǎn)換效率能夠達(dá)到90.9％。
　　 本文首先對DC/DC變換器控制工作模式原理進(jìn)行詳細(xì)分析，綜合考慮PWM控制模式和PFM控制模式的優(yōu)缺點，最終采用峰值電流反饋模式、固定頻率、調(diào)節(jié)占空比的PWM控制模式來控制變換器系統(tǒng)以達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定。然后對變換器系統(tǒng)設(shè)計所需要的相關(guān)知識進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，考慮到提高升壓變換器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率，本文采用同步整流方法大大提高變換器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率;對于峰值電流控制模式的變換器系統(tǒng)環(huán)路開環(huán)穩(wěn)定性問題，

3、本文通過對斜坡補償原理進(jìn)行詳細(xì)分析，在系統(tǒng)內(nèi)部加入斜坡補償以消除次諧波振蕩帶來的危害;針對變換器在低輸入電壓下無法正常工作的問題，提出了一種基于輸出取電原理的解決方案，考慮到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的振蕩器在較低電壓下不能正常工作，系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)簡單的環(huán)形振蕩器實現(xiàn)預(yù)升壓，讓變換器系統(tǒng)先啟動起來，再進(jìn)行后續(xù)升壓工作。接著提出本文設(shè)計的升壓型DC/DC變換器的整體構(gòu)架，并通過理論公式計算儲能電感值大小和輸出電容值大小，在實際仿真調(diào)試時做些微調(diào)整以期達(dá)到最好

4、的效果。
　　 論文通過自下而上的設(shè)計方法，先對變換器系統(tǒng)關(guān)鍵子模塊進(jìn)行原理分析，進(jìn)而設(shè)計電路，并使用Spectre仿真軟件對各個子模塊進(jìn)行時序仿真、直流仿真以及頻域仿真，通過不斷地調(diào)試以滿足功能需求與性能指標(biāo)，具體模塊包括電流源、帶隙基準(zhǔn)源、環(huán)形振蕩器、窗口振蕩器、比較器、誤差放大器、低壓差線性穩(wěn)壓器、斜坡補償電路、電平轉(zhuǎn)換電路以及驅(qū)動電路等等。完成子模塊的設(shè)計后將所有子模塊整合起來進(jìn)行系統(tǒng)綜合仿真，驗證本文設(shè)計方案是否可行和