基于脉宽调制降压型开关电源芯片的研究与设计
发布时间：2020-07-21 15:20
【摘要】：电源广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施以及日常生活的各个方面,所以高性能电源IC的作用显得愈加重要。电源朝着高集成度,高转换效率,低功耗的方向发展,降压型开关电源由于自身具备的优异性能取代了线性稳压器。目前,降压型开关电源芯片是当今电源的主要研究方向。结合公司项目,通过系统设计、电路设计和性能仿真验证,设计一款基于脉冲宽度调制的降压型开关电源芯片。芯片主要包括带隙基准、误差放大器、比较器、振荡器等模块。通过分析DC-DC的工作原理可知,DC-DC从V_(IN)吸取的电流是脉冲式的,V_(IN)波动较大,会导致内部电压基准的PSRR性能变差。采用子线性稳压器为电压基准电路进行预稳压和负反馈网络两种提高PSRR的方法,设计一种具有高PSRR的参考电压电路,有效抑制DC-DC输出端的电源噪声。设计的误差放大器能够在瞬态工作时高效运行。芯片内部同时集成了欠压锁定、软启动、热关断等保护电路,监测芯片的输入电压和温度,并降低浪涌电流。传统开关电源中振荡器频率调节范围小,控制模式单一,并且产生的波形放电时间长,易导致频率失真。设计一种频率可调的锯齿波振荡器,具有多模式调节频率功能。采用两个电容充放电叠加方式产生锯齿波,能够将放电过程隐藏且放电时间减小接近于零,优点是占空比大。借助Cadence EDA工具,采用0.18μmBCD工艺,对芯片内部模块进行仿真并绘制版图,仿真表明,芯片输入电压为3V至6V,宽PWM频率为可调280KHZ~700KHZ,最大输出电流为6A,可调输出电压低至0.9V。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN402
【图文】：
图 2.3 异步整流 BUCK 开关电源的拓扑结构图Fig. 2.3 The topology diagram of asynchronous rectifier buck DC-DC图 2.4 同步整流 BUCK 开关电源的拓扑结构图Fig. 2.4 The topology diagram of synchronous rectifier buck DC-DC脉冲宽度调制多数 DC-DC 转换器通过控制功率 MOSFET 导通时间和脉冲周期（即占来改变输出电压，这种控制形式称为脉冲宽度调制（PWM）。带 PWM关电源一般有两个控制电路分别是电压控制模式和峰流控制模式[15]。电
图 2.4 同步整流 BUCK 开关电源的拓扑结构图Fig. 2.4 The topology diagram of synchronous rectifier buck DC-DC 脉冲宽度调制多数 DC-DC 转换器通过控制功率 MOSFET 导通时间和脉冲周期（即占来改变输出电压，这种控制形式称为脉冲宽度调制（PWM）。带 PWM关电源一般有两个控制电路分别是电压控制模式和峰流控制模式[15]。电反馈控制信号仅仅只有输出电压，即系统中只有一个电压反馈回路[16]。的反馈控制信号不仅有负载电压而且有电流，其中电感电流或负载电流控制，负载电压反馈构成外环控制，实现双环控制[17]。1）电压控制方式压控制模式的拓扑结构如图 2.5 所示，电压控制模式包含一个内部时钟以，但也可以同步外部时钟。通过以一定时间设定锁存器来打开开关管，恒定的开关频率。该振荡器还提供斜坡电压，该斜坡电压通过对电容器现，用作 PWM 比较器的参考波形。误差放大器用于比较稳压器的输出
图 2.9 参考电压电路整体框图Fig. 2.9 The block diagram of reference voltage circuit产生电路设计T 电流产生电路如图 2.10 所示，四个交叉耦合 BJT 产生 VT这一特性，产生了 PTAT 电流，这里 Q1、QΔ VBE和 Rp产生电流 IR：BE1 BE4 BE3 BRE2PV +V -V -VIR 1 4 3 2 T1 4PPR TA2T3i i A A V) ln(CD)A A i iI =ln =IR（ 极面积 A3 是 Q1 的 D 倍，Q2 的 A2 是 Q4 的 A4 的，Q2 和 Q4 也同样如此，所以产生了一个 PTAT 电。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN402
【图文】：
图 2.3 异步整流 BUCK 开关电源的拓扑结构图Fig. 2.3 The topology diagram of asynchronous rectifier buck DC-DC图 2.4 同步整流 BUCK 开关电源的拓扑结构图Fig. 2.4 The topology diagram of synchronous rectifier buck DC-DC脉冲宽度调制多数 DC-DC 转换器通过控制功率 MOSFET 导通时间和脉冲周期（即占来改变输出电压，这种控制形式称为脉冲宽度调制（PWM）。带 PWM关电源一般有两个控制电路分别是电压控制模式和峰流控制模式[15]。电
图 2.4 同步整流 BUCK 开关电源的拓扑结构图Fig. 2.4 The topology diagram of synchronous rectifier buck DC-DC 脉冲宽度调制多数 DC-DC 转换器通过控制功率 MOSFET 导通时间和脉冲周期（即占来改变输出电压，这种控制形式称为脉冲宽度调制（PWM）。带 PWM关电源一般有两个控制电路分别是电压控制模式和峰流控制模式[15]。电反馈控制信号仅仅只有输出电压，即系统中只有一个电压反馈回路[16]。的反馈控制信号不仅有负载电压而且有电流，其中电感电流或负载电流控制，负载电压反馈构成外环控制，实现双环控制[17]。1）电压控制方式压控制模式的拓扑结构如图 2.5 所示，电压控制模式包含一个内部时钟以，但也可以同步外部时钟。通过以一定时间设定锁存器来打开开关管，恒定的开关频率。该振荡器还提供斜坡电压，该斜坡电压通过对电容器现，用作 PWM 比较器的参考波形。误差放大器用于比较稳压器的输出
图 2.9 参考电压电路整体框图Fig. 2.9 The block diagram of reference voltage circuit产生电路设计T 电流产生电路如图 2.10 所示，四个交叉耦合 BJT 产生 VT这一特性，产生了 PTAT 电流，这里 Q1、QΔ VBE和 Rp产生电流 IR：BE1 BE4 BE3 BRE2PV +V -V -VIR 1 4 3 2 T1 4PPR TA2T3i i A A V) ln(CD)A A i iI =ln =IR（ 极面积 A3 是 Q1 的 D 倍，Q2 的 A2 是 Q4 的 A4 的，Q2 和 Q4 也同样如此，所以产生了一个 PTAT 电。
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9 刘丽Z
本文编号：2764596
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