恒定导通时间控制的Buck型DC-DC转换器XD1593的设计

发布时间：2017-07-26 17:33

  本文关键词：恒定导通时间控制的Buck型DC-DC转换器XD1593的设计

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【摘要】：近些年,随着电子技术的不断发展进步,手机、笔记本电脑和相机等便携式电子产品越来越多地出现在人们的日常生活中。这些电子产品核心的组成部分就是电源,因此电源性能的好坏直接影响着电子产品的续航能力和使用寿命。要使电子产品的性能更加优良,关键是要优化电源的性能。目前,电源主要分为线性电源和开关电源。线性电源的转换效率低、不利于节能环保,因此线性电源逐步被开关电源所代替。正是因为开关电源具备功耗小、转换效率高、生产成本低这些优点,才被广泛应用于各个电子领域。本文首先对开关电源技术进行了概述,并且介绍了开关电源的发展历程、研究现状及发展趋势、分类与应用;然后简述了DC-DC转换器的理论基础,重点介绍了降压型DC-DC转换器的拓扑结构、工作模式、调制方式以及控制模式;并且在此基础上讨论了本文所设计芯片的功能特点、系统架构、工作原理以及稳定性问题,对系统中的一些关键子模块电路进行原理分析和功能仿真验证;最后对整体电路的功能特性进行仿真验证,并给出版图布局。本文所设计的转换器芯片采用的是恒定导通时间(COT)控制模式,这种控制模式电路不需要误差放大器和环路补偿网络,因此系统的架构简单、瞬态响应速度快。转换器根据负载电流的大小选择工作模式,在重载时选择连续导通工作模式,在轻载时选择非连续导通工作模式;芯片采用同步整流技术,使得系统在重载状态下转换效率最高可以达到96%,在轻载状态下转换效率高于85%;芯片的输入电压范围为4.2V~16V,输出电压范围为0.805V~13V,输出电流最大可以达到3A;芯片的内部集成了欠压锁存、过温保护、过流保护、过零检测等保护模块,提高了芯片的可靠性。芯片XD1593基于0.18μm BCD30V工艺,使用Cadence和Spectre仿真工具对芯片的关键子模块及整体电路进行仿真验证。仿真结果表明,芯片的各项性能指标能够达到设计要求。
【关键词】：降压型DC-DC转换器 恒定导通时间 瞬态响应快 同步整流
【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16-22
• 1.1 开关电源技术的概述16-17
• 1.2 开关电源的发展历程17
• 1.3 开关电源研究现状及发展趋势17-19
• 1.4 开关电源的分类与应用19
• 1.5 主要工作及章节安排19-22
• 第二章 DC-DC转换器的分类及原理分析22-38
• 2.1 DC-DC转换器的拓扑结构及原理22-28
• 2.1.1 Buck型转换器22-24
• 2.1.2 Boost型转换器24-26
• 2.1.3 Buck-Boost型转换器26-28
• 2.2 Buck型DC-DC转换器的工作模式28-32
• 2.3 Buck型DC-DC转换器的调制方式32-33
• 2.3.1 脉冲宽度调制32
• 2.3.2 脉冲频率调制32-33
• 2.3.3 脉冲跨周期调制33
• 2.4 Buck型DC-DC转换器的反馈控制模式33-38
• 2.4.1 电压型PWM控制模式33-34
• 2.4.2 峰值电流型PWM控制模式34-35
• 2.4.3 迟滞控制模式35-36
• 2.4.4 恒定导通时间控制模式36-38
• 第三章 XD1593系统设计及分析38-52
• 3.1 XD1593的系统级概述38-41
• 3.1.1 整体芯片的简介38
• 3.1.2 XD1593的应用场所38-39
• 3.1.3 XD1593的典型应用电路39
• 3.1.4 封装及引脚说明39-40
• 3.1.5 XD1593主要电特性指标40-41
• 3.2 XD1593功能框图及内部模块设计41-43
• 3.2.1 内部功能框图41
• 3.2.2 XD1593内部模块设计41-43
• 3.3 XD1593工作原理43-46
• 3.4 外围器件的设计46-48
• 3.4.1 电阻的选取46-47
• 3.4.2 电容的选取47-48
• 3.4.3 电感的选取48
• 3.5 系统的稳定性分析48-52
• 3.5.1 输出电容的ESR对系统稳定性的影响48-50
• 3.5.2 外部斜坡补偿电路50-52
• 第四章 XD1593关键模块设计与仿真52-70
• 4.1 软启动/软关断模块52-54
• 4.1.1 功能描述52
• 4.1.2 电路设计52-53
• 4.1.3 仿真验证及结果说明53-54
• 4.2 带隙基准模块54-58
• 4.2.1 功能描述54
• 4.2.2 带隙基准的基本原理54-56
• 4.2.3 电路设计56-57
• 4.2.4 仿真验证及结果说明57-58
• 4.3 欠压锁存模块58-61
• 4.3.1 功能描述58-59
• 4.3.2 电路设计59-60
• 4.3.3 仿真验证及结果说明60-61
• 4.4 过温保护模块61-63
• 4.4.1 功能描述61
• 4.4.2 电路设计61-62
• 4.4.3 仿真验证及结果说明62-63
• 4.5 定时器模块63-65
• 4.5.1 功能描述63
• 4.5.2 电路设计63-64
• 4.5.3 仿真验证及结果说明64-65
• 4.6 过零检测模块65-70
• 4.6.1 功能描述65
• 4.6.2 电路设计65-67
• 4.6.3 仿真验证及结果说明67-70
• 第五章 芯片XD1593整体仿真验证及版图设计70-78
• 5.1 系统启动70-72
• 5.1.1 系统随VIN的启动70-71
• 5.1.2 系统随EN的启动71-72
• 5.2 输出电压的纹波72-74
• 5.3 线性瞬态响应74
• 5.4 负载瞬态响应74-75
• 5.5 系统的效率75-76
• 5.6 XD1593版图的设计76-78
• 第六章 结论与展望78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 作者简介86-87

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