一种超低功耗高效率降压DC-DC转换器芯片设计

发布时间：2020-07-15 23:47

【摘要】：随着微电子技术的发展,开关电源已经进入了高度集成化的时代。便携式设备、移动终端等市场主流产品对DC-DC转换器芯片的要求越来越高,超低功耗、高效率、小体积成为了DC-DC最主要的研究方向。在分析当前国内外开关电源发展现状和趋势的基础上,对超低功耗DC-DC转换器芯片开展了深入研究,设计了一种高效率的降压型DC-DC转换器芯片,要求其输入电压为2.8V到6V,可直接使用纽扣电池(3.3V)及USB(5V)供电,输出电压为1.8V,输出电压纹波小于3mV,最大输出电流为300mA,最大转换效率在90%以上。设计各模块电路适应2.8~6V的宽电源电压范围,以消除电源分配模块,避免额外功耗;选用同步整流技术来实现调整管的续流,大大降低了续流器件的功耗;各模块电路的静态偏置电流极低;采用闭环补偿电路,降低了系统灵敏度,提高了动态响应。采用0.18μm的CMOS工艺对所设计的DC-DC转换器芯片电路进行了仿真分析,得到在2.8V~6V的输入电压范围内输出电压稳定在1.8V,直流电源电压调整率为3.75mV/V,输入电压为3.3V和5V输出电压的温度系数分别为32.13ppm和49.42ppm,最大转换效率90.06%,输出电压纹波小于0.77mV,输入电压为3.3V和5V时的负载调整率分别为0.27μV/mA和0.66μV/mA。该电路的CAD仿真结果验证了设计的正确性。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46;TN402
【图文】：

基本结构,电路,开关电源

在可变电阻区，导通电阻极小。所以不论是开通或功耗都较小，使得开关电源可以达到比较高的效率换器作为开关电源较为常见的一种，其基本原理就处于开通和关断，把输入的直流电压通过电感和电流电压平稳输出。扑结构是因为存在着多种电路的组成结构，才使得其可以的功能，下面将介绍开关电源三类最常见的拓扑结构三种结构：Buck、Boost、Buck-Boost[19]。换电路原理电路又称为降压型转换电路，它使得输出的直流电电压值 Vin，其典型的电路结构图如下图 2.1 所示。

等效电路图,等效电路图,状态,开关管

图 2.2 Buck 开通状态等效电路图驱使功率开关管处在开通状态时，二极管截止，其等Vin通过开关管向负载供电，流过电感 L 的电流 iL线状态，随着输出电压的逐渐增大，这时的电容 C 也压值达到一定阈值时，输出端的反馈采样电阻得到的过后面的逻辑驱动电路改变高低电平以驱动功率开驱使功率开关管关断时，其等效电路图如下图 2.3 所个电路回路依然稳定。由于电感电流不能突变、电容二极管形成的回路，负载电流由处于放电状态的电 iL线性减小，电容两端的电压也逐渐减小，此时输压值小到一定阈值后，反馈采样电阻得到的采样电压逻辑控制电路改变高低电平以驱动功率开关管再次作周期，输入电压通过开关管给电感 L 和电容 C 再

等效电路图,关断状态,等效电路图

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