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一种超低压迟滞模式BUCK变换器的的研究与设计

发布时间:2018-09-12 13:54
【摘要】:近年来,现代电子科技的进步以及人们对消费类电子产品的热切需求,不断高推动着智能手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式电子产品快速发展。电源作为电子产品正常工作的最基本支撑,能够最直接地影响电子产品的续航时间和使用寿命。但是由于电子产品内部集成模块数量的增加,处理器(CPU)、显卡芯片(GPU)等不断向多核化、高频化发展,显示终端设备不断变大和提高显示精度,等等诸多因素使得电子产品的整体功耗急剧增加,在目前单电池有限的储存能量下,提供更高效的电源芯片是最可行的优化方案。此外,随着半导体工艺沿着摩尔定律的快速发展,先进的集成电路已经开始采用20nm工艺,这使得其工作电压会非常低,可达1V以下,可见,低压化的电源设计也必将具有非常大的研究价值。DC-DC变换器作为一种重要的电源管理解决方案,能够根据输入的直流电压进行灵活的调整,实现直流降压变换、直流升压变换、直流升降压变换以及反极性直流输出变换等功能。因而,DC-DC变换器被广泛用在数码相机、智能手机、平板电脑等诸多电子产品中。本文采用迟滞控制模式的BUCK电路架构,基于0.18um BCD工艺设计一种可超低压工作、快速响应的BUCK变换器。该变换器最低工作电压为1V,能在1.2V镍氢电池或镍铬电池下工作,输出电压为0.4V到0.9V,能为工作电压在1V以下的集成电路供电,适用于目前采用先进深亚微米工艺集成电路的超低压应用;同时,电路采用电源切换方式,将其最高工作电压拓展到12V,增加其应用范围;此外,转换器进行了多种自适应设计,能够增强瞬态响应,提升效率等等。本文将首先简述开关电源相关背景,介绍BUCK变换器一些重要的理论基础,然后根据相关理论提出自己的电路设计,继而对各个关键子模块进行具体的分析设计,并基于电路仿真软件H-SPICE对各个子模块和整个系统进行仿真验证,最后对论文进行概括总结。
[Abstract]:In recent years, the rapid development of portable electronic products, such as smart phones, tablets and laptops, has been driven by the progress of modern electronic technology and the eager demand for consumer electronics. As the most basic support for the normal operation of electronic products, power supply can directly affect the life and service life of electronic products. However, due to the increase in the number of internal integration modules in electronic products, the (GPU) chip of processor (CPU), graphics card has been developing to multicore and high-frequency, and the display terminal equipment has been increasing and improving the display accuracy. Many other factors make the overall power consumption of electronic products increase dramatically. Under the limited storage energy of single cell, it is the most feasible optimization scheme to provide more efficient power chip. In addition, with the rapid development of semiconductor technology along Moore's law, advanced integrated circuits have begun to use 20nm technology, which makes its working voltage very low, up to 1 V, As an important power management solution, DC-DC converter can be adjusted flexibly according to the input DC voltage to realize DC step-down conversion and DC boost conversion. DC up-down voltage conversion and anti-polarity DC output conversion and other functions. Therefore, DC-DC converters are widely used in digital cameras, smart phones, tablets and many other electronic products. In this paper, a hysteretic control mode BUCK circuit architecture is used to design an ultra low voltage BUCK converter based on 0.18um BCD process. The minimum operating voltage of the converter is 1V, which can work under 1.2V Ni-MH battery or Ni-Cr battery, and the output voltage is 0.4V to 0.9V. The converter can supply the integrated circuit with operating voltage below 1V. It is suitable for the ultra-low voltage application of the advanced deep submicron process integrated circuit. At the same time, the circuit adopts the mode of power switching, extends its maximum working voltage to 12V, and increases its application range. In addition, the converter has a variety of adaptive design. Can enhance transient response, improve efficiency and so on. This paper first introduces the background of switching power supply, introduces some important theoretical basis of BUCK converter, then puts forward its own circuit design according to the relevant theory, and then analyzes and designs each key sub-module in detail. And based on the circuit simulation software H-SPICE, each sub-module and the whole system are simulated and verified. Finally, the thesis is summarized.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TM46

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本文编号:2239205


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