近阈值电压启动的迟滞电流模BOOST型转换器设计

发布时间：2017-10-09 14:37

  本文关键词：近阈值电压启动的迟滞电流模BOOST型转换器设计

  更多相关文章： BOOST型DC-DC转换器 迟滞电流模式 同步整流 低压启动

【摘要】：近年来,随着人们对无线能量获取方面的广泛研究,尤其是对各类环境能量的收集和利用,使开关电源的市场需求不断增大,如何设计一个低启动电压、低功耗、高转换效率的集成BOOST型直流-直流(DC-DC)转换器逐渐成为了大家的研究重点。本文首先介绍了BOOST型直流-直流电压转换器的基本原理,详细对比分析了各种反馈模式、开关调制方式以及系统的功率级模型,并且根据市场应用需求,选择了迟滞电流模作为系统的反馈控制模式。接着对系统的低压启动原理进行了重点分析,给出一种新型、高效的三步近阈值电压启动电路模型,并且对芯片的低功耗设计提出了一些具体的解决办法。紧接着,根据前面系统级模型参数的确定,分别设计了各模块电路,包括近阈值电压启动电路、带隙基准源、误差放大器、迟滞比较器、全周期电流检测电路和过温保护电路,给出了详细的电路结构,并对其原理进行了细致的分析,最后,基于SMIC 0.18μm双阱CMOS工艺,使用Spectre仿真工具对所有模块电路及系统进行了仿真验证。仿真结果表明,本文所设计的BOOST型DC-DC转换器能够正常工作,并且各项参数均满足设计要求。其最低输入电压可以低至0.35V,负载电流范围为0.1-50mA,输出电压稳定在1.8V,且纹波很小(CCM下纹波3mV,DCM下纹波10mV)。在低输入电压(0.35V)下转换效率超过50%,当输入电压为1.2V,输出电压1.8V,负载电流25mA的情况下,转换效率高达91%。并且系统可以根据负载电流的变化自动在CCM和DCM两种模式间进行切换,提高了轻负载下系统的转换效率。芯片内置的过压、过温保护电路可以使芯片在各种复杂环境下都能安全的工作,抗振铃电路有效地抑制了电磁干扰对芯片性能的影响。
【关键词】：BOOST型DC-DC转换器 迟滞电流模式 同步整流 低压启动
【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】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 能量获取系统概述16-17
• 1.2 近阈值电压启动的低功耗开关电源的应用以及发展前景17-18
• 1.3 论文主要内容及章节安排18-20
• 第二章 BOOST型DC-DC转换器原理20-32
• 2.1 BOOST型DC-DC转换器拓扑结构20
• 2.2 BOOST型DC-DC转换器的工作模式和原理分析20-23
• 2.2.1 连续导通模式（CCM）21-22
• 2.2.2 非连续导通模式（DCM）22-23
• 2.3 反馈环路控制模式选择23-28
• 2.3.1 电压控制模式24-25
• 2.3.2 电流控制模式25-28
• 2.4 同步整流技术28-29
• 2.5 BOOST型转换器稳定性的分析与设计29-31
• 2.5.1 电压环路稳定性分析29
• 2.5.2 转换器电压环路的补偿设计和频率分析29-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 近阈值电压启动的迟滞电流模BOOST转换器的系统设计32-44
• 3.1 系统功能及电特性参数的设计32-34
• 3.1.1 系统功能设计32-33
• 3.1.2 系统电路的主要电路模块的工作原理33-34
• 3.2 低压、低功耗设计34-42
• 3.2.1 近阈值电压自启动过程34-39
• 3.2.2 低功耗设计39-42
• 3.3 芯片外围元件的设计42-43
• 3.3.1 电感的选择42
• 3.3.2 输入输出电容设计42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 近阈值电压启动的迟滞电流模BOOST转换器模块电路设计44-68
• 4.1 近阈值电压启动模块44-47
• 4.1.1 低压振荡器（osc）和自举升压电路（bootstrap）44-45
• 4.1.2 时钟高电平翻倍电路和电平转换电路（level shift）45
• 4.1.3 电路仿真和分析45-47
• 4.2 带隙基准源设计47-52
• 4.2.1 电路基本原理47-48
• 4.2.2 电路设计与分析48-50
• 4.2.3 电路的仿真和验证50-52
• 4.3 误差放大器的设计52-57
• 4.3.1 电路设计与分析53-55
• 4.3.2 电路的仿真和验证55-57
• 4.4 迟滞比较器的设计57-60
• 4.4.1 电路设计与分析57-59
• 4.4.2 电路的仿真和验证59-60
• 4.5 全周期电流检测电路的设计60-65
• 4.5.1 电路设计与分析61-63
• 4.5.2 电路的仿真和验证63-65
• 4.6 过温保护电路的设计65-67
• 4.6.1 电路设计与分析65-66
• 4.6.2 电路的仿真和验证66-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第五章 近阈值电压启动的迟滞电流模BOOST转换器的整体仿真验证68-76
• 5.1 典型应用电路68-69
• 5.2 整体电路仿真69-74
• 5.2.1 整体电路系统框图69
• 5.2.2 近阈值电压启动系统输出仿真69-70
• 5.2.3 连续电流工作模式(CCM)仿真70-72
• 5.2.4 断续电流工作模式(DCM)仿真72
• 5.2.5 CCM与DCM模式的转换72-73
• 5.2.6 线性瞬态响应73-74
• 5.3 本章小结74-76
• 第六章 总结76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 作者简介84-85

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本文编号：1000735