一种具有高PSRR及快速瞬态响应的供电电路设计与研究
本文选题:开关电源 + 供电电路 ; 参考:《西南交通大学》2017年硕士论文
【摘要】:开关电源以其体积小、质量轻、效率高、功耗低等显著优势,被广泛应用于各领域的电子设备中,并不断地朝着小型化、高频化、数字化的方向发展。随着科技地不断发展,电子设备的功能越来越复杂,这对开关电源的性能要求也将越来越高。作为开关电源驱动控制芯片中为功能模块提供工作电压的电路模块,供电模块的性能指标对芯片的整体性能具有决定性影响。本文首先对开关电源的背景及分类作了简要介绍,然后对其供电电路的背景、意义及结构进行了分析。然后介绍了现有文献提出的三类开关电源驱动控制芯片供电电路,在此基础上总结出开关电源驱动控制芯片供电电路的发展趋势,即:输入电压范围宽、电源噪声抑制能力强、面积小、瞬态响应速度快。其次,本文对开关电源驱动控制芯片供电电路的结构、带隙基准源的结构与原理、低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)的结构与原理进行了详细分析与推导。针对开关电源驱动控制芯片供电电路的发展趋势,本文设计了一种具有宽输入电压范围、高电源噪声抑制比(Power Supply Rejection Rate,PSRR)、快速瞬态响应的供电电路。包括宽输入电压范围的预稳压电路、具有高电源噪声抑制比的带隙基准源、无需大电容且具有快速瞬态响应的LDO。本文设计的具有负反馈结构的预稳压电路不仅拓宽了芯片的输入电压范围而且使其能够承受更大的输入电压波动,带预调节电路的带隙基准源电路不仅可以为芯片的工作提供一个稳定的、不受温度影响的基准电压,而且具有比传统基准更强的电源噪声抑制性能。对于LDO电路的设计,本文采用了带有调零电阻的密勒补偿技术和瞬态增强技术,提高了其稳定性与瞬态响应速度,使其在无大电容的情况下能够在较宽的温度范围内稳定工作,并且具有良好的线性调整率和负载调整率。最后,基于0.18μmBCD工艺,利用Hspice软件对所设计的供电电路进行了仿真。仿真结果表明:典型工艺角下,本供电电路输入电压范围为6~18V,输出电压为5V,最大输出电流为10mA,其线性调整率与负载调整率均小于0.01%,其静态电流小于100μA。所有指标均达到了设计要求。
[Abstract]:Switching power supply (SMPs) has been widely used in various fields of electronic equipment due to its advantages of small size, light weight, high efficiency and low power consumption, and has been continuously developing towards miniaturization, high-frequency and digitalization. With the development of science and technology, the functions of electronic devices are becoming more and more complex, and the performance requirements of switching power supply will be higher and higher. As the circuit module that provides the working voltage for the function module in the switch power supply drive control chip, the performance index of the power supply module has a decisive effect on the overall performance of the chip. In this paper, the background and classification of switching power supply are briefly introduced, and then the background, significance and structure of its power supply circuit are analyzed. Then, three kinds of power supply circuits of switching power supply drive and control chip are introduced. Based on this, the development trend of switching power supply drive control chip power supply circuit is summarized, that is, wide input voltage range, strong power supply noise suppression ability. The area is small and the transient response speed is fast. Secondly, the structure and principle of the power supply circuit, the structure and principle of bandgap reference source and the low voltage difference linear voltage regulator low drop out regulator LDO are analyzed and deduced in detail. In view of the development trend of power supply circuit of switch power supply drive control chip, a power supply circuit with wide input voltage range, high power supply noise suppression ratio (PSRR) and fast transient response is designed. It includes a wide input voltage range of prestable voltage circuit, a bandgap reference source with high power supply noise suppression ratio, a LDO with no large capacitance and a fast transient response. The pre-stabilized circuit with negative feedback structure not only broadens the input voltage range of the chip, but also enables it to withstand larger input voltage fluctuations. The bandgap reference circuit with preregulation circuit can not only provide a stable reference voltage which is not affected by temperature, but also have stronger power supply noise suppression performance than traditional reference circuit. For the design of LDO circuit, Miller compensation technique with zero adjusting resistance and transient enhancement technique are adopted in this paper. The stability and transient response speed of LDO circuit are improved, so that the LDO circuit can work stably in a wide temperature range without large capacitance. And has the good linearity adjustment rate and the load adjustment rate. Finally, based on 0.18 渭 m BCD process, the designed power supply circuit is simulated by HSPICE software. The simulation results show that the range of input voltage, output voltage and maximum output current of this power supply circuit are 6V 18V, 5V and 10mA, respectively. The linear adjustment rate and load adjustment rate are less than 0.01 and the static current is less than 100 渭 A. All the indexes meet the design requirements.
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN86
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