具有极低静态电流的BOOST型DC-DC变换器的研究与设计

发布时间：2020-06-11 00:52

【摘要】：开关电源IC芯片广泛用于电池供电的便携式电子产品之中,为不同的电路模块提供不同的变压调节。随着集成电路的发展以及市场对产品功能的多样化要求,电子产品中集成的芯片种类和数量增多。为了满足多种芯片的不同供电需求,所需用于变压调节的电路模块增多,由此产生了严峻地功耗问题和面积问题。因此,目前开关电源IC芯片发展的整体趋势是更高的转换效率和更小的面积。电子产品在使用过程中经常处于待机状态,开关电源电路发生空转而造成能量浪费。这些能量主要来自于变换器的静态电流,所以对具有极低静态电流的变换器研究具有重要的意义。本文首先阐述了BOOST型变换器的基础理论知识,着重分析了变换器的功耗构成和不同调制类型的BOOST型变换器架构。在此基础上,提出了两种模式混合调制的BOOST型变换器架构。其次,建立了迟滞电流模(Hysteresis Current Mode,HCM)调制的BOOST型变换器的开环模型,并根据SIMULINK软件进行了补偿设计。最后,基于Dongbu 0.18μm BCD工艺,搭建了本文所提出的变换器的模块电路,对整体电路的功能进行了仿真和分析。本文提出了一种利用HCM和可控脉冲模式(Burst Mode,BM)混合调制(HCM-BM)的BOOST型变换器的架构。该架构控制电路简单,因此能够缩小芯片的面积。在大负载条件下,变换器工作在HCM下,具有较低的输出电压纹波;在轻载条件下,变换器进入到BM,具有较高的转换效率,并能够触发休眠模式,降低变换器的静态电流。该变换器兼顾了在不同的负载区间工作时对性能的不同要求。在休眠模式下,变换器依靠基准电压产生电路、一个低功耗比较器和一些逻辑电路监测输出电压的变化,其他电路模块则处于掉电状态,因而具有低达11μA的静态电流。本文设计了自适应调制模式切换电路。该电路能够快速反应负载的变化,帮助变换器进入对应的调制模式。本文对HCM-BM调制变换器和HCM调制变换器进行了效率对比仿真。仿真结果表明本文提出的变换器在轻载下相较于传统的HCM变换器效率最大能提高33%,同时它可以在50μA负载下实现高达75%的效率。
【图文】：

行为级模型,型变换,行为级

第三章 HCM-BM 混合调制 BOOST 系统设计与分析 121o f CCREF EAV R f CRD V G (3-21 21 12CC CC CR CR CC CR R (3-33.3.2 行为级仿真对于 BOOST 型变换器而言，在进行具体的晶体管级电路搭建之前，必须先进统设计及其行为级仿真。根据变换器的功能要求和技术指标要求，并在行为级仿配合下，能够确定系统中的相关参数以及控制环路的具体实现形式，有助于加深人员对系统的理解和认知。

仿真波形,全周期,电感电流,采样电路

50的设计要求。图5.2 全周期电感电流采样电路仿真波形5.1.3 带隙基准电路本文所设计的带隙基准电路能够提供大约为 1.2V 的较为稳定的基准电压。图 5.3给出了基准电压随温度变化的曲线图。对该基准电压进行了从-35 C 到 75 C 的温度扫描仿真，在 4.96 C 具有最大值 1.19895 V，，在 75 C 具有最小值 1.19842 V。因此该带隙基准电路的温漂大约为 4.02 ppm。图5.3 带隙基准的温度特性曲线仿真图5.1.4 迟滞窗口产生电路迟滞窗口电路旨在为电感电流采样信号提供差值恒定的两条边带信号。图 5.4 和
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46

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