升压式dc／dc变换器的研究与设计

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1、升压式DC／DC变换器的研究与设计李亚雄摘要如今，随着手机、相机以及平板电脑等各种便携式数码电子产品的快速发展和市场的不断扩大，电子产品扮演着人们日常生活中举足轻重的地位。电源管理芯片，作为整个电子系统中不可或缺的组成部件，其发展和需求量都得到了迅猛增加。由于具有转换效率高、小体积是等特点，DC/DC变换器被广泛应用于各种便携式电子产品中。本文通过分析和研究DC/DC变换器的三种基本的拓扑结构和工作原理，设计了一款升压式DC/DC变换器。该升压式DC/DC变换器的输入电压范围为2.7V-5.5V，可应用于锂离子电池供

2、电的各种便携式电子产品中，稳定输出电压高达18V，最大负载电流可达200mA。电路调制采用电压控制PWM方式，内建振荡器的频率为1.5MHz。为提高系统效率采用同步整流技术。并且研究了升压型变换器的模型建立，设计了欠压锁定、过温关断等保护电路提升了系统的稳定性。本文完成了带隙基准电压源、LDO稳压器、PWM比较器、误差放大器、钳位电路、振荡器、系统补偿电路等DC/DC变换芯片控制电路的子模块的设计。电路基于0.35μmBCD6S工艺，使用CadenceSpectre仿真工具完成了系统的仿真验证。仿真结果表明本文设计的

3、升压式DC/DC变换器切实可行，各项性能均能达到设计目标。关键词：DC/DC变换器；升压式；设计；仿真；1引言日常使用的便携式电子产品需要多种电压，但是这些产品通常只能由一组电池供电，所以其必须通过DC/DC变换器供给所需要的各种直流电压。依据输入电路与输出电路的之间关系，DC/DC变换器可分为升压型(Boost)、降压型(Bulk)，升压-降压型(Boost-Bulk)和反相型(CuK)DC/DC变换器[1]。Boost型DC/DC变换器技术尤其是数控Boost型DC/DC变换器技术是一门实践性非常强的工程技术，其

4、应用服务于各行各业。如今Boost型DC/DC变换器技术融合了电子、系统集成、电气、材料和控制理论等诸多学科领域。Boost型DC/DC变换器是电子技术中应用最多的仪表设备之一，广泛的应用于科研和教学等领域，是电路开发部门、电子实验员和电子设计人员进行科学研究和实验操作不可或缺的电子仪器设备。在电子电路中，供电一般采用电压稳定的直流Boost型DC/DC变换器。在整个稳定电压过程中，Boost型DC/DC变换器通常由变压器、整流、滤波和稳压等四部分构成。但是这种传统的Boost型DC/DC变换器具有可靠性低、功能简单

5、、不好控制、精度低、干扰大和复杂度高等缺点。传统的Boost型DC/DC变换器有很多品种，但都存在以下两个问题：变换器随着使用时间的增长，会出现波段开关及电位器接触不良的问题，影响输出。稳压方式一般采用串联型稳压电路，对过载进行限流与截流保护，电路构成比较复杂，稳压精度低。另外，由于通过粗调（波段开关）和细调（电位器）来调节输出电压[2-3]。所以，当需要精确输出电压，或需要在一个很小的范围内变化时，难度较大。在各种便携式电子设备中，一般供电都采用电压稳定的直流Boost型DC/DC变换器。但是在日常实际生活中，供电

6、均由220V的交流电网提供，所有这就便需要通过变压、整流、滤波和稳压电路将220V交流电转换成稳定的直流电。滤波器的作用是滤去整流输出电压中的纹波，传统电路一般由电容器和滤波扼流圈构成，如果由晶体管滤波器来替换，则可减小直流Boost型DC/DC变换器的体积和减轻其重量，并且晶体管滤波直流Boost型DC/DC变换器不需要直流稳压器便能够用作家用设备的Boost型DC/DC变换器，既缩小家用设备的体积，使家用设备小型化，还能大幅降低家用设备的成本。传统的Boost型DC/DC变换器一般通过波段开关和电位器来实现对电压

7、的调节，并且使用电压表指示电压的大小，所以其变换器具有电压调节精度低，读数直观度不高和电位器易损坏的缺点。但是基于单片机控制的Boost型DC/DC变换器能够较好地弥补以上传统Boost型DC/DC变换器的缺点[4]。随着电子行业的快速发展，Boost型DC/DC变换器是其发展的必然产物。如今，随着电子技术的发展，可调Boost型DC/DC变换器得到了越来越广泛的应用。目前，各种单片机控制的数字Boost型DC/DC变换器发展越来越快，已经被广泛应用于工业电器、家庭电器和军事电器等领域，显示出强大的主流性。同时，由于

8、它较强的扩展能力和日趋完善的功能而扩展应用到人类生活的各个方面。2Boost型DC/DC变换器原理分析2.1Boost型DC/DC变换器图2.1为Boost型DC/DC变换器拓扑结构，主要由以下四个部分组成：开关(SW)、续流二极管(D)、升压电感(L)、滤波电容(C)。其中开关(SW)是受控制电路决定的周期性导通。图2.1Boost型DC/D