功率管分段驱动的buck变换器的研究与设计

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1、？ｆＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＩ硕±学位论义ｊＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ棚ｗ．论文题目功率管分段驱动的Ｂｕｃｋ变换器的研究与设计学科专业微电子学与固体电子学学号２０１２２１０３０巧２作者姓名白春蕾指导教师罗萍教授独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究

2、成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：包杳覆■日期：Ｗ化年ｆ月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。，允许论文被查阅和借阅本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此

3、规定）作者签名、：旬秦讀导师签名：日期：年心月Ｚ日？分类号密级注1UDC学位论文功率管分段驱动的Buck变换器的研究与设计（题名和副题名）白春蕾（作者姓名）指导教师罗萍教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2015/4/7论文答辩日期2015/5/15学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEARCHANDDESIGNOFBUCKCONVERTERWITHSEGMENTEDPOWERMOSFE

4、TSAThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAuthor:BaiChunleiAdvisor:Prof.LuoPingSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要手机、平板等移动智能设备飞速发展，它们的功能越来越多，体积却越来越小，致使电子系统的能耗密度大大增加；电池的性能在近年来

5、却始终都没有出现较明显的提升。两者不同的发展状态给电子系统的续航时间带来了严峻挑战。如何有效地提高电子系统的能量利用率、延长电池寿命，成为当前的一个研究热点。电源管理芯片，是电子系统能量的转换者，提高该类芯片的能量转换效率，是提高电子系统能量利用率的有效手段。本文从节省能量的角度出发，提出并实现了一种功率管分段驱动的Buck变换器控制芯片。功率管分段驱动技术是一种改善开关电源变换器效率尤其是轻载效率的重要手段，其基本原理是：改变功率管尺寸来折衷功率管上的导通损耗和驱动损耗，使两者之和始终处于较小的水平，从而提高变换器的变换效率。本文提出的功

6、率管具体分段方案为：在连续电感电流模式（ContinuousCurrentMode，CCM）下，采用SenseFET电流采样模块检测负载电流，决定功率管大段开启段数；在断续电感电流模式（DiscontinuousCurrentMode，DCM）下，采用时数转换模块（TimeDigitalConverter，TDC），检测功率管导通时间以推断负载电流，决定功率管小段开启段数；负载电流极小时，变换器环路进入PSM工作模式，只开启1小段功率管。本文先简述了课题的研究背景，然后介绍了Buck变换器和功率管分段驱动各自的基本理论；接着确定了分段方案，

7、并完成了电流采样模块、时数转换模块、误差放大器模块等关键模块的设计和仿真；最后完成了整体芯片的功能验证、版图绘制以及PCB设计等工作。本文最终实现的芯片版图面积为1.45mm×1.28mm，在180nm标准CMOS工艺下进行了流片。芯片的仿真结果显示，本文功率管分段驱动的Buck变换器具有一定的效率提升作用，在中轻负载下，效率提升效果最为明显，在25mA时实现了5.9%的最大效率提升，成功验证了功率管分段驱动技术对DC-DC变换器的效率提升作用。关键词：Buck变换器，分段驱动，电流采样，PSM模式，效率提升IABSTRACTABSTRAC

8、TNowadays,portablesmartdevicesareexperiencinganrapiddevelopmentallaroundtheworld.Moreandm