高效率PWM控制电流型DC-DC升压转换电路的研究

发布时间：2017-10-31 18:18

  本文关键词：高效率PWM控制电流型DC-DC升压转换电路的研究

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【摘要】：如今,可移动电子设备已广泛应用到生活领域和工业领域之中,电源集成电路作为电子设备技术发展的前提已成为整个集成电路研究的热点。大多数可移动电子设备采用电池对设备进行供电,由于某些可移动电子设备所需要的充电电压远高于电池的供电电压,这为集成升压转换电路提供了广阔的市场需求。论文主要研究了一款高效率PWM控制电流型DC-DC升压转换电路。首先介绍了DC-DC升压转换电路的基本工作原理和控制方式。其次,为了稳定输出电压,论文采用了PWM调制及峰值电流采样技术。再次,集成功率开关管于芯片内部,减小DC-DC转换电路外部分立元件个数及整体电路面积,有利于降低整体电路的功耗。最后据此设计了本论文DC-DC升压转换电路的系统构架。接着,基于转换电路功率损耗的深度分析,对同步整流、过零检测、低功耗带隙基准和低功耗电流检测放大电路进行了设计和优化,大大提高了整体电路的转换效率。另外,为了避免不适宜的工作环境对DC-DC升压转换电路可能造成的损害,论文还设计了包括欠压锁存、过温保护和软启动在内的保护电路用于提高芯片的使用寿命。本论文所设计的保护电路具有以下功能:当升压转换电路出现输入电压过低或温度过高时,欠压锁存或过温保护电路输出控制电平使整个电路停止工作;在启动时,软启动模块钳位升压转换电路输出端电压,以避免电路输出端的浪涌电流对电路造成损害。同时,本论文还设计了匹配性良好、噪声干扰小、结构紧凑的转换电路版图。综上所述,本论文DC-DC升压转换电路具有转换效率高、响应速度快、输出电压精度高、启动过程浪涌电流小等优点。本论文DC-DC升压转换电路采用新唐科技公司的0.35μm的BCD工艺实现,采用Spcetre仿真器进行电路仿真,及采用Virtuoso和Calibre软件完成版图设计与验证。仿真结果表明当输入在2.5~5.5V在范围内,转换电路能稳定输出电压至12.6V,同时电路系统具有0.933%的电源调整率(Supply Regulation)、2.46(%/A)的负载调整率(Load Regulation)、20mV以内的输出纹波电压(Ripple Voltage)、91%的最高转换效率(conversion efficiency),设计的DC-DC升压转换电路达到了高效率的性能指标要求。
【关键词】：DC-DC升压转换电路 高效率 同步整流 电流模式
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46;TN86
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 开关电源的背景与意义10-12
• 1.2 开关电源的国内外发展现状与趋势12-14
• 1.3 论文的内容与安排14-16
• 第二章 DC-DC升压转换电路的工作原理和控制方式16-27
• 2.1 DC-DC升压转换电路的基本组成和工作原理16-20
• 2.2 DC-DC升压转换电路的调制方法20-24
• 2.2.1 PWM调制20-24
• 2.2.2 PFM调制24
• 2.2.3 混合调制24
• 2.3 DC-DC升压转换电路的指标24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 DC-DC升压转换电路的效率研究与高效率电路设计27-51
• 3.1 DC-DC升压转换电路的框架结构设计27-29
• 3.2 转换电路功率损耗因素分析29-33
• 3.2.1 静态损耗30
• 3.2.2 导通损耗30-31
• 3.2.3 开关损耗31-32
• 3.2.4 与时序相关的损耗32-33
• 3.3 提高DC-DC转换电路的电源效率的电路设计33-49
• 3.3.1 同步整流电路33-39
• 3.3.2 过零检测电路39-41
• 3.3.3 低功耗的带隙基准电路41-47
• 3.3.4 低功耗的电流检测放大电路47-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 DC-DC升压转换电路的其他子电路与仿真51-64
• 4.1 欠压锁存电路51-54
• 4.2 过温保护电路54-56
• 4.3 软启动电路56-60
• 4.4 整体仿真60-63
• 4.4.1 电源调整率60-61
• 4.4.2 负载调整率61
• 4.4.3 输出电压纹波61-62
• 4.4.4 转换效率62-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 DC-DC升压转换电路的版图设计64-69
• 5.1 数字电路的设计64-65
• 5.2 模拟电路的设计65-68
• 5.2.1 带隙基准电压模块66
• 5.2.2 匹配66-67
• 5.2.3 保护环67
• 5.2.4 其他模块67-68
• 5.3 整体版图68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 6.1 工作总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75
• 攻读硕士期间取得的研究成果75-76

【参考文献】

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本文编号：1123215