基于系统兼容性的dc-dc开关电源芯片研究

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1、学校代码10699分类号TN431.1密级学号2008100345题目基于系统兼容性的DC-DC开关电源芯片研究作者刘雨鑫电子科学与技术学科、专业刘诗斌指导教师2015年6月申请学位日期西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：基于系统兼容性的DC-DC开关电源芯片研究作者：刘雨鑫学科专业：电子科学与技术指导教师：刘诗斌2015年6月ResearchontheSystemCompatibilityofDC-DCSwitchingPowerSupplyIntegratedCircuitsByLiuYu-xinUndertheSupervisionofProfessor

2、LiuShi-binADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofElectronicScienceandTechnologyXi’anP.R.ChinaJune2015摘要摘要DC-DC开关电源芯片具有效率高，输出电流大等特点，已经成为各种电子设备中不可或缺的重要器件。随着电力电子技术的不断发展，电子设备的软硬件性能，复杂度和集成度都在不断提高。良好的系统兼容性成为DC-DC开关电

3、源芯片的发展趋势。本文以提高DC-DC开关电源芯片的系统兼容性为目标，着力研究DC-DC开关电源芯片中的关键技术，并通过DC-DC芯片整体设计过程和投片测试结果进行验证。本文主要创新点和研究成果包括：(1)提出研究控制环路基准方式的软启动电路。电路采用数模转换架构，通过串联组合电阻和单位比例电流偏置提高软启动电压线性度，并且采用新颖的开关电流镜结构降低数字开关噪声。克服了现有软启动技术中软启动时间和集成度之间的矛盾。解决了线性度低和开关噪声大的问题。提出的软启动技术通过一款0.6μmCDMOS工艺的高压降压DC-DC芯片实测验证。(2)提出变开关频率的快速负载瞬态响应

4、电路。电路通过检测误差放大器输出的变化，调节压控振荡器在负载瞬态时输出开关频率，从而提高电感电流在负载瞬态时的变化速率。电路使用器件少，克服了现有负载瞬态响应技术存在的电路复杂和集成度差的弊端。提出的快速负载瞬态响应技术通过一款准备投片的0.6μmCDMOS工艺高压降压DC-DC芯片后仿真结果进行验证。(3)提出使能引脚复用的开环控制方式的开关频率外同步电路。电路仅使用延迟单元和组合逻辑来实现对输入芯片使能引脚的时钟频率范围的检测和使能信号的区分，控制内部时钟与外同步时钟信号的切换，开关频率被外部时钟直接且精确同步。电路实现结构简单，同步频率精度高。解决现有锁相环结构

5、的频率外同步技术存在的频率抖动、同步精度和集成度差的问题。提出的开关频率外同步技术通过一款0.6μmCDMOS工艺高压降压DC-DC进行实测验证。(4)提出斜坡补偿跟随开关频率变化的自适应斜坡补偿电路。电路使用电容固定电流充电结构和组合逻辑实现对内部时钟信号频率信息提取，并且转换为相应的斜坡补偿电流，实现斜坡补偿随开关频率变化自适应调整。解决了由于不同开关频率下电感值不同而造成的斜坡补偿量过补偿或者欠补偿问题，保证了环路稳定性的同时还具有较快的动态响应特性。提出的开关频率自适应斜坡补偿电路通过一款0.6μmCDMOS工艺高压降压DC-DC芯片进行实测验证。(5)提出负

6、反馈环路控制的自举驱动电路。电路通过检测自举驱动电压差，并加入负反馈环路对自举电容的充电电流和压差进行精确控制，实现自举驱动。自举驱动电路直接使用输入电源供电，提高了自举驱动能力并且增长了自举电压充电时间，并且自举I西北工业大学博士学位论文驱动电压不受续流阶段开关节点电压影响。解决了现有的开环结构控制的自举驱动技术存在的自举驱动电压精度差和驱动能力差的问题。提出的电路通过一款0.6μmCDMOS工艺高压降压DC-DC芯片进行实测验证。关键词：DC-DC开关电源芯片，软启动，负载瞬态响应，频率外同步，自适应斜坡补偿，自举驱动IIAbstractAbstractSwitc

7、hingpowerintegratedcircuitbecomesanimportantpartofelectronicsdevices,becauseofitsadvantagesofhighefficiency,highoutputcurrentandsoon.Withfastdevelopmentoftheelectronictechnology,softwareandhardwareperformance,complexityandintegratedlevelofelectronicdevicesarecontinuousimproved.