超低输入DCDC变换器的研究与设计.pdf

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1、姜欢超低输入DC／DC变换器的研究与设计摘要随着集成电路产业的发展，各类电子设备对开关电源的要求也在逐步提高，包括要求高集成性、低电源、高可靠性以及高转换效率等等，因此，对开关电源的研究的必要性显而易见。本文通过对DC／DC变换器基本工作原理的深入学习研究，设计了一款新型的升压型开关电源：卷片，具有输入电源电压范围宽、转换效率高、片外电路简单等特点。输入电压范围为0．8V-4．5V，适用于单节电池供电的便携式设备，输出电压为稳定的直流5V电压，负载电流最大可达500mA，纹波小于1％，重载时转换效率能够达到90．9％。本文首先

2、对DC／DC变换器控制工作模式原理进行详细分析，综合考虑PWM控制模式和PFM控制模式的优缺点，最终采用峰值电流反馈模式、固定频率、调节占空比的PWM控制模式来控制变换器系统以达到系统稳定。然后对变换器系统设计所需要的相关知识进行深入学习，考虑到提高升压变换器系统的转换效率，本文采用同步整流方法大大提高变换器系统的转换效率；对于峰值电流控制模式的变换器系统环路丌环稳定性问题，本文通过对斜坡补偿原理进行详细分析，在系统内部加入斜坡补偿以消除次谐波振荡带来的危害；针对变换器在低输入电压下无法正常工作的问题，提出了一种基于输出取电原

3、理的解决方案，考虑到结构复杂的振荡器在较低电压F不能正常_[作，系统采用结构简单的环形振荡器实现预升压，让变换器系统先启动起来，再进行后续升压工作。接着提出本文设计的升压型DC／DC变换器的整体构架，并通过理论公式计算储能电感值大小和输出电容值人小，在实际仿真调试时做些微调整以期达到最好的效果。论文通过自下而上的设计方法，先对变换器系统关键子模块进行原理分析，进而设计电路，并使用Spectre仿真软件对各个子模块进行时序仿真、直流仿真以及频域仿真，通过不断地调试以满足功能需求与性能指标，具体模块包括电流源、带隙基准源、环形振荡

4、器、窗口振荡器、比较器、误差放大器、低压差线性稳压器、斜坡补偿电路、电平转换电路以及驱动电路等等。完成子模块的设计后将所有子模块整合起来进行系统综合仿真，验证本文设计方案是否可行和设计指标是否能够完成。该：卷片设计使用的工具为Cadence软件，仿真工具为Spectre软件，仿真库为华宏O．35}tm的CMOS工艺库。仿真结果表明该变换器各项性能指标满足预期的设计要求。关键词：开关电源；低输入；峰值电流模式；同步整流2扬州大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentoftheintegratedcirc

5、uitindustry,therequirementsoftheelectronicequipmentsfortheswitchingpowersupplyhavegraduallyimproved，includinghighlyintegration，lowpower,highreliabilityandhighconvertefficiencyandSOon．Therefore，itisobviouslynecessarytostudytheswitchingpowersupply．Inthispaper,afterin—

6、depthstudyingandresearchingthebasicprinciplesofDC／DCconverter,anewtypeofstep-upswitchingpowersupplychipwasdesigned．ThischiphavealotofdifferentcharacteristicssuchaSwideinputsupplyvoltagerange，highconvertefficiencyandsimpleexternalcircuits．etc．Withtheinputvoltagebetwe

7、enO．8v_4．5V,theconvertercanprovideupto500mAloadoutput，5Voutputvoltage．Theoutputripplevoltageislessthan1％．Andtheconvertefficientisupto90．9％ADC／DCconvertersystemwasdesignedatthebasisofdeeplyanalyzingthefundamentalprinciplesofDC／DCconvertercontrolmodeandconsideringthea

8、dvantagesanddisadvantagesofthePWMcontrolmodeandPFMcontrolmode．TheconvertersystemusedapeekcurrentandfixedfrequencymodePWMcontrolscheme．Thes