双相交错并联大电流同步升压型DC-DC转换器设计研究

发布时间：2017-10-22 17:13

  本文关键词：双相交错并联大电流同步升压型DC-DC转换器设计研究

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【摘要】：随着各类便携式电子产品和大规模集成电路的发展,传统单模块开关电源已不能满足大负载、高效率、小纹波、高频率、更小体积的应用要求。而基于锁相环时钟同步功能的多相交错并联电源系统在实现高效率、高频率、小型化的基础上,不仅可以实现大负载应用而且可以减小输出电压纹波,克服了单模块电源应用的缺点。本文以同步升压型DC-DC转换器为基础,结合交错并联技术和电荷泵锁相环技术,完成了一款双相交错并联的大电流同步升压型DC-DC芯片的设计研究,满足不同频率、大负载电流、更小输出电压纹波的应用要求。在介绍分析同步升压型DC-DC转换器原理的基础之上,芯片采用峰值电流模控制模式,降低环路补偿难度,加快系统对输入电压和负载电流变化的瞬态响应速度;采用脉冲宽度调制和跨周期调制相结合的混合调制模式,重载时采用脉冲宽度调制,轻载时采用跨周期调制,提高了全负载范围内芯片的工作效率;采用预充电与电感电流阶梯式上升相结合的软启动方法,使电感电流和输出电压在启动过程中没有明显的过冲。本文重点分析了峰值电流模控制的同步升压型DC-DC转换器小信号模型和环路稳定性,并详细计算了环路的二阶补偿参数;在分析模拟锁相环的环路稳定性的基础之上,重点分析了电荷泵锁相环的环路稳定性,并详细计算了环路的二阶补偿参数。本文介绍了并联均流基本原理,详细描述了连续导通模式下,双相交错并联的工作原理和工作状态,并采用双主控交错并联的方法实现两相的均流控制,以满足大负载、高效率、小纹波、高频率的应用要求。在介绍了电荷泵锁相环各个子模块的基本工作原理和电路设计应该注意的问题之上,本文分别对电荷泵锁相环的各个子模块进行了具体的电路设计,完成了满足DC-DC不同工作频率的应用要求,锁频范围为300~1000kHz的电荷泵锁相环的设计。论文对芯片的关键子模块,如基准电路、误差放大器电路、电荷泵锁相环电路,进行了详细的分析设计,芯片还集成了过温保护、输入欠压锁定、输出过压保护、输出短路保护、输入过流保护等保护电路以提高芯片的可靠性。本文所设计的双相交错并联大电流升压型DC-DC芯片是基于0.35μm标准CMOS工艺,设计完成之后,基于Cadence平台,应用Spectre软件仿真验证了芯片的关键子模块性能,单相应用的各项功能,双相交错并联应用的带大负载功能,并针对单相应用和双相交错并联应用仿真结果对比,可以得出双相交错并联应用对输出电压纹波的有效抑制作用。
【关键词】：同步升压型DC-DC 交错并联 电荷泵锁相环 稳定性
【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11-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 研究背景和意义16-17
• 1.2 开关电源的研究现状17-18
• 1.3 本文主要研究内容和章节安排18-20
• 第二章 同步升压型DC-DC转换器基本工作原理20-36
• 2.1 同步升压型DC-DC转换器的拓扑结构和工作模式20-26
• 2.1.1 同步升压型DC-DC转换器的拓扑结构20-21
• 2.1.2 同步升压型DC-DC转换器的工作模式21-26
• 2.2 升压型DC-DC转换器反馈控制方式和调制方式26-30
• 2.2.1 升压型DC-DC转换器控制方式27-30
• 2.2.2 升压型DC-DC转换器调制方式30
• 2.3 峰值电流模升压型DC-DC转换器小信号分析30-36
• 第三章 双相交错并联和电荷泵锁相环基本原理36-56
• 3.1 双相交错并联技术基本工作原理36-43
• 3.1.1 并联均流技术36-38
• 3.1.2 DC-DC双相交错并联工作原理38-43
• 3.2 电荷泵锁相环技术基本工作原理43-56
• 3.2.1 模拟锁相环的传输函数和稳定性分析43-50
• 3.2.2 电荷泵锁相环结构、传输函数和稳定性分析50-56
• 第四章 芯片XD1529整体设计56-68
• 4.1 芯片功能和电特性设计56-62
• 4.1.1 典型单相应用和引脚定义56-57
• 4.1.2 电特性参数设计57-58
• 4.1.3 双相应用58-60
• 4.1.4 芯片内部框图60-62
• 4.2 芯片外围器件选取62-68
• 4.2.1 电感的选取62-63
• 4.2.2 输入输出电容的选取63-64
• 4.2.3 补偿网络的确定64-68
• 第五章 关键模块电路的设计与仿真68-84
• 5.1 基准电路设计68-73
• 5.1.1 带隙电压基准产生原理68-70
• 5.1.2 零温度系数电流产生原理70
• 5.1.3 实际电路设计70-72
• 5.1.4 仿真验证72-73
• 5.2 误差放大器电路设计73-75
• 5.2.1 误差放大器电路73-74
• 5.2.2 误差放大器输出端高钳位和降压电路74
• 5.2.3 仿真验证74-75
• 5.3 电荷泵锁相环电路设计75-84
• 5.3.1 鉴频鉴相器电路设计75-76
• 5.3.2 电荷泵电路设计76-77
• 5.3.3 低通滤波器电路设计77-79
• 5.3.4 电压电流转换和流控振荡器电路设计79-80
• 5.3.5 仿真验证80-84
• 第六章 芯片整体仿真验证分析84-90
• 6.1 单相应用整体仿真84-88
• 6.1.1 上电启动仿真84-85
• 6.1.2 PSM/PWM稳态工作仿真85-87
• 6.1.3 系统阶跃响应仿真87-88
• 6.2 双相应用整体仿真88-90
• 第七章 总结与展望90-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-98
• 作者简介98-99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：1079302