多模式DC-DC轉(zhuǎn)換器研究與多樣化應(yīng)用電路設(shè)計(jì).pdf

1、隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，電源管理類芯片成為了所有電子設(shè)備中不可或缺的組成部分，世界范圍內(nèi)對(duì)于電源類芯片的需求量也越來越大。近年來，隨著電源類芯片逐漸向成熟發(fā)展，效率高、靈活性好、帶載能力強(qiáng)、瞬態(tài)響應(yīng)速度快的DC-DC芯片成為了電源管理類芯片發(fā)展的目標(biāo)，這種性能良好的芯片有很好的應(yīng)用前景。并且當(dāng)今便攜式供電設(shè)備的功率日益增大，空載到大負(fù)載情況下都要具有高穩(wěn)定性，這也成為DC-DC設(shè)計(jì)和應(yīng)用的重點(diǎn)。
　　論文中首先介紹了國內(nèi)外電源管

2、理類芯片的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，接著詳細(xì)分析了降壓型DC-DC，升壓型DC-DC以及升壓降壓型DC-DC的基本架構(gòu)和工作原理，然后根據(jù)應(yīng)用中需要的電特性指標(biāo)對(duì)芯片進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的研究和設(shè)計(jì)，分析在不同工作模式和不同的應(yīng)用條件下的表現(xiàn)，并設(shè)計(jì)了新型的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和多模式工作，對(duì)芯片的子模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證，給出仿真結(jié)果。最后經(jīng)過版圖繪制，后仿真，流片，封裝，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行測試驗(yàn)證。在本文中的研究成果如下:
　　1.設(shè)計(jì)了一款可以帶有恒定電壓

3、輸出和恒定電流輸出的雙模式升壓型轉(zhuǎn)換器，在轉(zhuǎn)換器外圍電路設(shè)定的電流范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換器保持恒定電壓輸出;隨著負(fù)載電流的逐漸增大，轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)恒定電流輸出的功能。轉(zhuǎn)換器的雙模式工作輸出由內(nèi)部的多模式比較器引入。芯片使用臺(tái)灣某0.35μm工藝流片，經(jīng)過測試改版后，現(xiàn)在已經(jīng)量產(chǎn)。該轉(zhuǎn)換器配合充電芯片使用可以實(shí)現(xiàn)單電感雙環(huán)路協(xié)同工作，在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路中使用高精度的鏡像方式對(duì)上下管電流進(jìn)行采樣，實(shí)現(xiàn)高精度的電流采樣，保證準(zhǔn)確的電路模式切換。
　

4、　2.基于寬電壓輸入范圍(2.7～5.5V)升壓/降壓型轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)了一種新型的內(nèi)部拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過功率級(jí)部分、反饋環(huán)路和邏輯模塊的組成，實(shí)現(xiàn)工作過程中升壓/降壓的功能，并且設(shè)計(jì)了一條電流反饋回路，來減小電路響應(yīng)時(shí)間，可以使電路適應(yīng)大輸入范圍、大功率、高精度的應(yīng)用。并根據(jù)負(fù)載電流大小，可以選擇PWM/Burst/Sleep三種輕重載工作模式，根據(jù)輸入電壓的值，可以選擇Buck/Boost/Buck-Boost工作模式。根據(jù)對(duì)輕重載模式情況

5、下的效率分析，該方法使轉(zhuǎn)換器比較其他同類型轉(zhuǎn)換器有較大優(yōu)勢。通過理論分析和仿真驗(yàn)證，設(shè)計(jì)了一種環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，使用電路外圍可以改變環(huán)路的相位裕度，提高環(huán)路工作的穩(wěn)定性和可靠性。通過對(duì)芯片的實(shí)際測試:轉(zhuǎn)換器輕重載情況下都保持高效率;輸入電壓變化產(chǎn)生模式切換時(shí)，在輸出端產(chǎn)生的電壓跳變很低;輸出負(fù)載跳變引起模式切換時(shí)，輸出電壓的跳變也很低。
　　3.基于升壓/降壓型轉(zhuǎn)換器，研究了一種新型的平均電流模采樣電路，電路可以根據(jù)電感電流來調(diào)節(jié)工作

6、模式并引導(dǎo)模式之間的切換。經(jīng)過仿真和實(shí)驗(yàn)，比較其他類型的采樣電路，該電流模采樣可以得到更高的采樣精度。高精度的采樣對(duì)精準(zhǔn)的模式切換和整體工作效率有較大改善，芯片使用臺(tái)灣某0.18μm工藝流片，并經(jīng)過測試微調(diào)后投放到市場。
　　4.研究并設(shè)計(jì)了當(dāng)今較熱門的多款電子產(chǎn)品的應(yīng)用電路。雙環(huán)路單電感移動(dòng)電源，在兩個(gè)環(huán)路中使用一個(gè)共同的電感也能保證兩個(gè)環(huán)路（充電環(huán)路和放電環(huán)路）工作，此種方法打破了傳統(tǒng)電路工作中每個(gè)環(huán)路都需要獨(dú)立電感和反饋環(huán)路

7、的設(shè)計(jì)方法，在保證了效率、穩(wěn)定性的前提下大大節(jié)省了成本，提高了競爭力，該設(shè)計(jì)已經(jīng)在移動(dòng)電源實(shí)際電路中占了較大比重。使用功率MOS管外置的controller芯片設(shè)計(jì)了一款多功能可應(yīng)用于大功率移動(dòng)電源、電子煙和QC2.0充電協(xié)議的應(yīng)用電路，并引入功率自動(dòng)調(diào)節(jié)器，在保證穩(wěn)定性和大負(fù)載的情況下也保持較高的轉(zhuǎn)換效率。
　　5.通過對(duì)常用的DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路的研究，總結(jié)通用版的外圍EVB(Evaluation Board)設(shè)計(jì)中，外圍