多通道同步整流型DC-DC变换器的设计与研究

发布时间：2017-10-01 00:34

  本文关键词：多通道同步整流型DC-DC变换器的设计与研究

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【摘要】：随着便携式产品的快速普及,电源管理芯片的研究与设计受到越来越多的重视,DC-DC变换器较其他类型的电源管理芯片而言,有体积小、效率高、轻便等优势,其具有很好的应用前景。在高精度、高频率、高效率的DC-DC变换器中,国外的技术水平领先国内很多,因此研究高性能的DC-DC变换器很有价值。本论文研究的是多通道同步整流型DC-DC变换器,将三通道(两个Buck、一个Boost)变换器单片集成,开关功率管与整流功率管外置,实现高集成度和小芯片面积。在系统稳定性方面,本论文分别对电流环路和电压环路的不稳定性及补偿电路结构进行研究与设计。在电流环路中,防止在占空比大于50%时,电感电流发生振荡,采用斜坡补偿技术,使系统达到稳定;在电压环路中,分析系统的传输函数,找到系统的零点和极点,设计补偿网络,增加电压环路的相位裕度。过补偿会降低系统的响应率,欠补偿容易导致系统振荡,如何选取合适的零极点是DC-DC变换器的设计重点与难点。在系统高效率方面,本论文研究的多通道同步整流型DC-DC变换器采用同步整流技术,减小整流二极管的功率损耗,通过过零检测模块,使系统能够正常工作在断续模式下;采用PWM和PFM混合调制方式,在轻负载时,降低系统的开关频率或关断振荡器,降低系统损耗;采用芯片级共享技术,尽量将电路模块放在芯片级上,比如:过温保护电路、软启动电路、基准带隙电路和线性低压差稳压电路,降低系统静态损耗。最后,本论文给出多通道同步整流型DC-DC变换器的主要模块电路设计分析与整体仿真验证结果。仿真结果表明:Buck型变换器的输出纹波小于10mV,线性调整率为0.13%/V,负载调整率为0.52%/A;Boost型变换器的输出纹波可以做到50mV左右,线性调整率为0.42%/V,负载调整率为1.46%/A。系统整体效率可以达到90%以上,整体静态电流小于1.3mA,本论文设计的多通道同步整流型DC-DC变换器实现了高集成度、高稳定性以及高效率,性能良好。
【关键词】：Buck型变换器 Boost型变换器 多通道 同步整流
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 开关电源的概述11-13
• 1.1.1 开关电源的发展概况11-12
• 1.1.2 开关电源的发展趋势和新技术12-13
• 1.2 研究背景及意义13-15
• 1.3 本论文的章节和结构15-16
• 第二章 集成DC-DC变换器的基本原理16-29
• 2.1 集成DC-DC变换器的不同拓扑结构及基本原理16-24
• 2.1.1 Buck型变换器16-20
• 2.1.2 Boost型变换器20-23
• 2.1.3 DC-DC变换器的比较23-24
• 2.2 DC-DC变换器的调制方式24-28
• 2.2.1 PFM调制24-25
• 2.2.2 PWM调制25-28
• 2.2.3 混合调制28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 多通道同步整流型DC-DC变换器的系统设计29-50
• 3.1 系统设计指标29-30
• 3.2 系统高稳定性的设计与研究30-36
• 3.2.1 电流环路稳定性分析及斜坡补偿技术30-32
• 3.2.2 电压环路稳定性分析32-36
• 3.3 高效率DC-DC变换器的设计与研究36-42
• 3.3.1 功率损耗分析36-38
• 3.3.2 同步整流技术38-41
• 3.3.3 混合调制模式41-42
• 3.3.4 芯片级共享技术42
• 3.4 系统整体结构框图42-46
• 3.4.1 子模块功能定义43-44
• 3.4.2 系统工作原理44-46
• 3.5 多通道DC-DC变换器的外围器件选择46-47
• 3.5.1 电感值的选择46
• 3.5.2 输入电容的选择46
• 3.5.3 输出电容的选择46-47
• 3.5.4 功率开关管和功率整流管的选择47
• 3.6 工艺的选择47-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第四章 主要的电路模块设计与仿真50-70
• 4.1 带隙基准电压电路50-57
• 4.1.1 带隙基准的工作原理50-52
• 4.1.2 带隙基准电压电路结构设计与分析52-53
• 4.1.3 带隙基准电压电路的仿真结果53-57
• 4.2 线性低压差稳压器电路57-60
• 4.2.1 线性低压差稳压器电路结构的设计与分析57-58
• 4.2.2 线性低压差稳压器电路的仿真结果58-60
• 4.3 振荡电路60-62
• 4.3.1 振荡电路结构的设计与分析60-61
• 4.3.2 振荡电路的仿真结果61-62
• 4.4 误差放大器电路62-65
• 4.4.1 误差放大器电路结构的设计与分析63-64
• 4.4.2 误差放大器电路的仿真结果64-65
• 4.5 斜坡补偿电路65-67
• 4.5.1 斜坡补偿电路结构的设计与分析65-66
• 4.5.2 斜坡补偿电路的仿真结果66-67
• 4.6 电荷泵电路67-69
• 4.6.1 电荷泵电路结构的设计与分析67-68
• 4.6.2 电荷泵电路的仿真结果68-69
• 4.7 本章小结69-70
• 第五章 多通道DC-DC变换器的系统仿真分析70-76
• 5.1 多通道同步整流型DC-DC变换器的整体功能仿真70-75
• 5.2 整体性能参数75
• 5.3 本章小结75-76
• 第六章 全文总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间取得的成果83-84

【参考文献】

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本文编号：951344