一种电流模升压DC-DC开关电源的研究与设计

发布时间：2017-09-15 12:22

  本文关键词：一种电流模升压DC-DC开关电源的研究与设计

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【摘要】：近年来,随着微电子技术和通讯技术迅速发展,极大地促进消费电子的研发和普及,电子设备已融入人类生活和工作之中,成为现代生活不可缺少的一部分。然而,不论是生活中所需的普通电器,还是应用尖端科技的电子仪器、电气设备,稳定可靠的电源是维持其正常工作的前提之一。开关电源可以实现较高的能量利用率,并且性能稳定,同时还有体积小等特点。电流模式DC-DC开关电源因为响应速度快、较高的稳定性以及内含限流保护等特点而得到了普遍的运用。在此背景下,本文通过仔细研究升压型DC-DC开关电源电路理论,通过分析电压改变和电感电流波动可能引起环路不稳定的过程,寻找相关的解决办法。最终设计一款用于LED驱动的开关电源电路。电路为Boost型开关电源变换器,采用峰值电流模式控制,并使用脉冲宽度调节的方式。电路的时钟频率为1.7MHz,输入电压范围为2.5V~5.5V,最大输出电压为20V,并且输出电流可以根据需要进行调节,并实现相对较高的稳定性。为了实现设计目标,设计了电路工作必要的模块,其中有带隙基准、振荡器、自适应斜坡补偿等。同时基于可靠性考虑,设计了欠压锁定模块等保护电路,使得芯片能够最大限度地在安全范围内工作并获得稳定精确的输出。在完成了子模块设计后,基于某公司0.5μm BCD工艺,使用Cadence Spectre仿真工具对所设计的电路进行仿真验证,并对总体电路进行仿真。结果显示,电路启动时间约为240μs。输出电压15.8V时,输出电流为61.2mA左右,其变化范围为±0.95mA;当保持调节电流的电阻不变时,改变负载LED的数目,输入电流的变化很小。另一方面,当改变调节电流电阻的阻值时,电流数值会呈反比例的变化,并且电流纹波很小。这些表明所设计的电路基本能实现输出电流的稳定,基本满足电路设计要求。
【关键词】：开关电源 Boost LED驱动 自适应斜坡补偿
【学位授予单位】：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
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势11-13
• 1.3 本论文主要内容和安排13-14
• 第二章 DC-DC开关电源的理论基础14-27
• 2.1 DC-DC开关电源14-20
• 2.1.1 升压型（Boost）DC-DC开关电源15-18
• 2.1.2 降压型（Buck）DC-DC开关电源18-19
• 2.1.3 极性反转型（Buck-Boost）DC-DC开关电源19-20
• 2.2 开关电源的调制方式20-23
• 2.2.1 脉冲宽度调制方式20-21
• 2.2.2 脉冲频率调制方式21-22
• 2.2.3 脉宽?脉冲混合调制方式22-23
• 2.3 DC-DC开关电源的控制模式23-26
• 2.3.1 电压控制模式23-24
• 2.3.2 电流控制模式24-26
• 2.3.3 两种控制模式的比较26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 电路系统设计及稳定性分析27-40
• 3.1 电路设计功能和规格参数设计27-28
• 3.1.1 电路整体功能概述27
• 3.1.2 电路引脚功能描述27
• 3.1.3 电路的电学特性27-28
• 3.2 电路的系统设计及框图28-30
• 3.3 芯片外围器件的选择30-33
• 3.3.1 选择电感31-32
• 3.3.2 选择输入电容32
• 3.3.3 选择输出电容32
• 3.3.4 选择续流二极管32
• 3.3.5 选择功率开关管32-33
• 3.4 开关电源反馈环路稳定性分析33-39
• 3.4.1 电压反馈环路稳定性的分析34-35
• 3.4.2 电流反馈环路稳定性的分析35-39
• 3.4.2.1 固定斜率斜坡补偿37-38
• 3.4.2.2 自适应斜坡补偿38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 芯片子电路的设计与分析40-64
• 4.1 基准电路40-47
• 4.1.1 基准工作原理40-42
• 4.1.2 基准电路的设计42-44
• 4.1.3 基准电路仿真验证及结果分析44-47
• 4.1.3.1 基准电路的温度特性44
• 4.1.3.2 基准的电源抑制比44-45
• 4.1.3.3 基准的线性调整率45-46
• 4.1.3.4 基准电路的瞬态启动特性46-47
• 4.1.3.5 基准电路的大信号特性47
• 4.2 振荡器电路47-52
• 4.2.1 振荡器电路的设计与分析48-51
• 4.2.2 振荡器电路仿真结果及分析51-52
• 4.3 误差放大器的设计52-56
• 4.3.1 误差放大器电路设计52-53
• 4.3.2 误差放大器的仿真分析53-56
• 4.3.2.1 误差放大器的相频和幅频特性53-55
• 4.3.2.2 误差放大器的电源抑制比55
• 4.3.2.3 误差放大器的输入共模范围55-56
• 4.4 自适应斜坡补偿电路56-60
• 4.4.1 自适应斜坡补偿电路的的设计56-59
• 4.4.2 自适应斜坡补偿电路的仿真分析59-60
• 4.5 欠压保护电路（UVLO）60-62
• 4.5.1 欠压保护电路的设计60-62
• 4.5.2 欠压保护电路的仿真62
• 4.6 本章小结62-64
• 第五章 芯片整体电路仿真64-70
• 5.1 电路仿真参数设置64
• 5.2 VIN=3.7V,RA=4Ω,N=5 时整体仿真结果64-67
• 5.3 VIN=3.7V,RA=4Ω,N=3 时整体仿真结果67
• 5.4 VIN=3.7V,RA=2Ω,N=5 时整体仿真结果67-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 结论70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-74
• 攻读硕士学位期间取得的成果74-75

【参考文献】

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1 吴金,刘桂芝;一种脉冲振荡电路的分析与设计[J];微电子学;2004年01期

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本文编号：856522