一款高效同步降压型DC-DC转换器XD38873的研究与设计

发布时间：2017-10-20 05:25

  本文关键词：一款高效同步降压型DC-DC转换器XD38873的研究与设计

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【摘要】：进入21世纪以来,随着社会的进步,高新科技飞速发展,这在极大程度上方便了人们的生活,人们对生活品质的追求越来越高,更加促进了便携式电子产品市场的急速发展。具有高效率、低成本,高集成度等优异性能的开关电源已成为便携式电子产品的主流结构。本文基于该背景设计了一款高效同步降压型DC-DC转换器芯片XD38873。本论文首先介绍了本课题的研究意义,电源管理IC的发展现状以及其未来的发展趋势。然后详细介绍了DC-DC转换器相关的基本理论,包括三种拓扑结构和原理分析。由于XD38873是一款降压型转换器,所以后续对Buck型DC-DC转换器做了详细分析,并介绍了芯片中所用到的同步整流技术和斜坡补偿技术。随后,对芯片XD38873的电气特性和系统结构进行了分析,针对拓扑结构中主要器件的选择作了详细介绍。而后给出了芯片部分子模块电路的设计原理分析以及仿真与验证。最后介绍了XD38873芯片的版图设计,完成了整个电路的仿真分析,并全面验证了该芯片的设计指标。本文设计的高效同步降压型DC-DC转换器采用同步整流技术,使用MOS管作为同步续流管,取代了先前的肖特基二极管作为续流管,有效解决降压型DC-DC转换器在轻载情况下效率低下的问题,在全负载范围内效率最高可以达到95%。芯片XD38873负载异常时采用了变频技术,在振荡器模块中添加了检测输出信号变化的判断电路,一旦芯片处于短路或者过载时,判断电路起作用,及时降低系统频率。与此同时,芯片在短路异常时,还可以触发HICCUP模式,对芯片进行保护,直到异常移除。芯片XD38873采用EN引脚复用技术,通过EN引脚既可以控制芯片的使能开关,也可以同步外部的时钟信号,这样很大程度上扩大了芯片的应用范围。芯片内部设置了软启动模块,防止芯片在启动过程中出现浪涌电流及过冲电压对系统造成损害。XD38873转换器芯片拥有自己的PG(Power Good)模块,可以指示电源电量是否够用,一旦电量不足,芯片可以给出指示,以方便用户使用。芯片具有过流,过压,短路,过零,过温等保护模块,保证了芯片正常工作的可靠性和安全性。该电路的整体设计基于0.5μm BCD工艺,采用Cadence软件对芯片进行了仿真与验证。仿真结果表明,芯片各项指标都能满足设计要求,性能稳定。基于以上的设计与验证,设计了芯片XD38873的版图,芯片版图的设计非常重要,保证了设计者所设计的功能得以真正实现。
【关键词】：降压型DC-DC 同步整流 高效率
【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12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 课题研究意义15-16
• 1.2 电源管理技术的发展历程16-17
• 1.3 电源管理技术的发展趋势17-19
• 1.4 论文研究内容与章节安排19-21
• 第二章 DC-DC转换器基本原理21-43
• 2.1 DC-DC转换器的基本结构及原理21-27
• 2.2 Buck型DC-DC转换器的工作模式及控制原理27-37
• 2.3 同步整流技术和斜坡补偿原理37-43
• 第三章 XD38873系统原理43-53
• 3.1 芯片架构设计43-49
• 3.2 Buck型DC-DC转换器的主要性能指标49-50
• 3.3 外围器件的选择50-53
• 第四章 XD38873子模块设计与仿真53-71
• 4.1 带隙基准电压源的工作原理53-58
• 4.2 振荡器产生模块58-62
• 4.3 过温保护模块62-65
• 4.4 欠压保护模块65-67
• 4.5 使能模块67-71
• 第五章 芯片的版图布局以及整体的仿真验证71-79
• 5.1 芯片的版图布局71-72
• 5.2 系统效率仿真72-74
• 5.3 输出电压线性调整率仿真74
• 5.4 负载调整率仿真74-75
• 5.5 峰值电流随占空比变化曲线仿真75-76
• 5.6 输出电压纹波仿真76
• 5.7 系统输出电压随负载跳变的变化情况76-77
• 5.8 系统启动和关断仿真77-78
• 5.9 系统HICCUP模式78-79
• 结束语79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-87
• 作者简介87-88

【参考文献】

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本文编号：1065478