一种具有数字可编程功能的电流模式BUCK DC-DC开关电源设计

发布时间：2020-10-18 19:49

　　 便携式设备如智能手机、可穿戴设备等的快速推广,带动了电源管理系统的迅猛发展。BUCK DC-DC开关电源以其高转换效率广泛的应用在电源系统中。对于传统的模拟电源来说电路完成之后无法进行更改,只能适用于特定电路;数字电源的开发周期长,成本高,设计难度大。本文介绍了一种具有数字可编程功能、模拟环路控制的BUCK DC-DC开关电源设计方案,可以将参数可在线编程的数字电源优势与控制环路简单、易于设计的模拟电源优势相结合,提高了开关电源的灵活性,缩短开发周期。论文首先对开关电源进行了简要介绍,并对其发展趋势进行了分析,其中数字化与多用途正是本文设计的开关电源的特点;接下来对BUCK DC-DC开关电源的基本原理进行了分析,包括拓扑结构、控制模式和调制模式,其中详细分析了电流控制模式及其三种实现方式;随后对本文设计的系统进行了整体上的介绍,包括了数字可编程电路的实现与环路建模和仿真,介绍了数字可编程的参数与实现方式,对本文设计的整体电路进行建模,仿真结果说明电路可以正常稳定的工作;接下来对电路中的关键子模块进行了原理分析与仿真验证,主要包括带隙基准、误差放大器、PWM比较器、温度检测等模块;最后对整体系统的应用拓扑进行仿真,验证系统的性能参数。该开关电源可以通过PMBus总线进行数据传输,用户可以对应用参数进行在线编程,同时实时采集电源的工作数据。基本原理是:在电源开始工作时,系统从EEPROM中读取对应的参数配置,使电路稳定工作,当用户需要对电路某参数进行调节时,通过PMBus将数据传输到EEPROM中,然后电源再应用新的配置,实现在线可编程的目的。电源的控制环路应用了峰值电流模式的控制方式,实现了电路稳定工作。本文基于HHGrace 0.18um BCD工艺,在Spectre平台和Hspice平台对设计的子模块与整体电路进行仿真验证。仿真结果表明,在输入电压为12V时,输出电压可以稳定在1.5V、2.4V、3.3V,同时可以在运行中对输出电压进行修改,在不同的输出电压条件下均可稳定工作;系统的负载调整率与线性调整率均小于1%,满足设计要求。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN86
【部分图文】：

BUCK变换器的基本拓扑结构

BUCK变换器的两种工作状态（a）开关管导通状态；（b）开关管关断状态

BUCK 变换器 CCM 模式下稳态时波形
【参考文献】

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本文编号：2846737