一种宽负载范围高效率的单电感双输出DC-DC变换器的设计

发布时间：2017-09-27 18:12

  本文关键词：一种宽负载范围高效率的单电感双输出DC-DC变换器的设计

  更多相关文章： SIDO变换器 宽负载范围 负载检测 PWM/PSM模式切换 效率

【摘要】：SIDO开关变换器由于省去了一个片外电感,降低了系统的复杂度和成本,近年来在电源管理领域中得到广泛关注。采用多模式控制可以更加灵活、高效地为SoC系统的各模块供电,故多模式控制方法已成为研究热点。但是,SIDO开关变换器还存在两路输出负载范围较小,效率不高等方面的问题,已成为制约SIDO开关变换器进一步发展的瓶颈。本文设计了一种新型的自适应PWM/PSM切换模式SIDO开关变换器,能够实现两路宽负载范围的输出,并且在全负载范围内变换器都能获得高效率。本文首先研究了变换器在转换周期中的自身损耗,包括功率级的开关损耗和传导损耗,分析了各个损耗随负载的变化关系,得出了模式切换的最佳切换点。提出了动态关断策略,降低了变换器的静态功耗,同时根据两路负载大小的不同,将变换器的负载分为两路重载,两路轻载,一路重载一路轻载三个范围,研究并确定了在不同的负载范围变换器的合理控制模式,以提高变换器的效率。为了实现自适应模式切换方式,本文设计了用于负载检测的过零检测电路和次级占空比检测电路,同时设计了用于自动调整变换器工作模式的模式控制切换电路等。在电路设计的基础上,基于CHART 0.18μmCMOS工艺,对SIDO开关变换器进行了版图设计与后仿真。后仿真结果表明SIDO变换器能够实现两路0-250mA的宽负载范围输出,重载下的峰值效率达到91%,在轻载下变换器效率都在84%以上。在PWM模式下,变换器两路输出电压的纹波都小于10mV,PWM/PSM模式切换下两路纹波小于30mV,基本达到设计指标的要求。
【关键词】：SIDO变换器 宽负载范围 负载检测 PWM/PSM模式切换 效率
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题背景8-9
• 1.2 研究现状9-11
• 1.3 论文主要工作11-12
• 1.4 论文组织结构12-14
• 第二章 宽负载高效率SIDO控制电路的原理分析14-30
• 2.1 SIDO的工作原理14-20
• 2.1.1 PWM工作模式14-17
• 2.1.2 PWM/PSM工作模式17-20
• 2.2 损耗及效率分析20-26
• 2.2.1 PWM模式下的损耗20-22
• 2.2.2 PWM模式下变换器效率分析22-24
• 2.2.3 PWM/PSM模式切换下损耗分析24
• 2.2.4 损耗对比24-26
• 2.3 SIDO的模式切换控制策略26-28
• 2.3.1 PWM/PSM模式切换控制26-27
• 2.3.2 动态关断策略27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 宽负载高效率SIDO开关变换器电路设计及仿真30-58
• 3.1 SIDO开关变换器整体架构设计30-31
• 3.2 功率级设计31-34
• 3.2.1 主级功率管尺寸设计31-32
• 3.2.2 次级功率管尺寸设计32
• 3.2.3 驱动及死区电路设计32-34
• 3.3 振荡器电路设计34-36
• 3.4 纹波控制电路设计36-38
• 3.5 负载检测电路设计38-45
• 3.5.1 过零检测电路设计39-40
• 3.5.2 次级占空比检测电路设计40-42
• 3.5.3 模式切换标志位产生电路42-44
• 3.5.4 数字信号产生电路44-45
• 3.6 补偿电路设计45-51
• 3.6.1 功率级设计45
• 3.6.2 主环补偿电路设计45-49
• 3.6.3 次环补偿电路设计49-51
• 3.7 SIDO开关变换器整体仿真51-56
• 3.7.1 PWM工作模式51-52
• 3.7.2 PWM/PSM工作模式52-54
• 3.7.3 瞬态响应时间和负载调整率54-55
• 3.7.4 效率仿真55-56
• 3.8 本章小结56-58
• 第四章 版图设计及后仿真58-66
• 4.1 版图设计58-60
• 4.1.1 版图可靠性设计58-59
• 4.1.2 主级和次级功率管版图设计59-60
• 4.1.3 整体版图设计60
• 4.2 电路后仿真60-64
• 4.2.1 PWM工作模式后仿真61
• 4.2.2 PWM/PSM工作模式后仿真61
• 4.2.3 瞬态响应和负载调整率61-62
• 4.2.4 系统效率后仿真62-63
• 4.2.5 设计指标、前仿真结果与后仿真结果对比63-64
• 4.3 本章小结64-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66
• 5.2 展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 作者简介74

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 程红丽;王冠军;;一种带阻抗补偿的低功耗低压差线性稳压器[J];半导体技术;2014年01期

2 于海坤;许建平;张斐;王金平;;具有宽负载范围的新型Boost功率因数校正器[J];电工技术学报;2011年12期

3 Amy;;Power Integrations的TOPSwitch-HX输出功率达150W[J];电子产品世界;2007年11期

4 赵东宇;;50A/220V全负载范围软开关电站操作电源功率模块设计探讨[J];电源世界;2008年12期

5 ;纺织专用高效节能电动机[J];电力技术;1987年09期

6 李亚旭;永磁同步电动机——潜艇新型推进系统[J];船电技术;1996年04期

7 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 张力文;一种宽负载范围高效率的单电感双输出DC-DC变换器的设计[D];东南大学;2015年

，

本文编号：931164