PFM模式同步整流DC-DC升压转换器芯片的设计
发布时间：2024-03-01 22:22
随着电子设备的不断发展,其体积的小型化、性能的高效化等趋势都在促使电源必须随之不断进步,并对其精度、效率和集成度等提出了更高的要求。开关电源不同于线性电源,凭借其在效率、体积、重量和稳压范围上的优势,逐渐成为市场的主流。在开关电源应用场合中轻载情况较为常见,因此研究轻载条件下的高效DC-DC转换器具有重要的现实意义。本文设计了一种PFM模式同步整流DC-DC升压转换器芯片,其创新点在于设计了倒灌电流更小、静态功耗更低的自适应过零检测电路,实现同步整流,提升芯片的转换效率。该芯片采用PFM模式进行调制,以限流为主要手段来控制半导体开关器件的通断。芯片内部集成的功率开关管NMOS和同步整流管PMOS在导通电阻特性上具有一定优势,且本文设计了可通过输入输出端电压大小变化进行调节的最小导通时间控制模块,赋予了电路具有一定的动态适应能力。该芯片外围元器件为一个电感和两个电容,在轻载条件下具有低输出纹波,低负载调整率和高效率的优势。本文采用Cadence spectre平台对所设计的DC-DC升压转换器电路模块进行电路设计与仿真,并通过功能验证后,基于0.35μm CMOS工艺实现版图设计,最终对...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景概述
1.2 同步整流技术的研究现状及发展趋势
1.3 论文的主要工作与内容安排
第二章 升压型DC-DC开关转换器的基本原理
2.1 升压型DC-DC的基本结构和工作原理
2.2 升压型DC-DC的工作模式
2.2.1 CCM模式
2.2.2 DCM模式
2.3 升压型DC-DC的调制方式
2.3.1 PWM控制模式
2.3.2 PFM控制模式
2.4 同步整流原理分析和技术实现
2.4.1 同步整流基本原理
2.4.2 过零检测分析
2.5 本章小结
第三章 PFM控制模式同步整流DC-DC升压转换器系统分析与设计
3.1 芯片整体设计要求
3.1.1 芯片设计指标
3.1.2 芯片典型应用
3.2 芯片的结构设计
3.2.1 系统架构
3.2.2 工作原理
3.3 外围器件的选取
3.3.1 电感选取
3.3.2 电容选取
3.3.3 电阻选取
3.4 本章小结
第四章 模块电路的设计与仿真
4.1 基准电压电路
4.1.1 传统带隙基准电压电路
4.1.2 本文设计的基准电压电路
4.1.3 基准电压电路模块仿真
4.2 误差放大器电路
4.2.1 误差放大器电路模块设计
4.2.2 误差放大器电路模块仿真
4.3 限流比较电路
4.3.1 电流采样电路模块设计
4.3.2 电流比较电路模块设计
4.3.3 限流比较电路仿真
4.4 过零检测电路
4.4.1 过零检测电路模块设计
4.4.2 过零检测电路仿真
4.5 最小导通时间电路
4.5.1 最小导通时间电路模块设计
4.5.2 最小导通时间电路仿真
4.6 本章小结
第五章 整体电路的仿真分析
5.1 系统上电断电仿真
5.1.1 系统随CE启动
5.1.2 系统随VIN启动
5.1.3 系统断电仿真
5.2 输出电压范围仿真
5.3 输出电压纹波仿真
5.4 负载调整率仿真
5.5 线性调整率仿真
5.6 转换效率仿真
5.7 本章小结
第六章 版图设计及芯片测试
6.1 版图设计
6.1.1 误差放大器模块版图设计
6.1.2 开关功率管版图设计
6.1.3 整体电路版图设计
6.2 芯片测试
6.2.1 系统上电断电测试
6.2.2 输入输出电压范围测试
6.2.3 静态电流测试
6.2.4 输出电压纹波测试
6.2.5 负载调整率测试
6.2.6 系统效率测试
6.3 测试结果分析
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
致谢
本文编号：3915910
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 研究背景概述
1.2 同步整流技术的研究现状及发展趋势
1.3 论文的主要工作与内容安排
第二章 升压型DC-DC开关转换器的基本原理
2.1 升压型DC-DC的基本结构和工作原理
2.2 升压型DC-DC的工作模式
2.2.1 CCM模式
2.2.2 DCM模式
2.3 升压型DC-DC的调制方式
2.3.1 PWM控制模式
2.3.2 PFM控制模式
2.4 同步整流原理分析和技术实现
2.4.1 同步整流基本原理
2.4.2 过零检测分析
2.5 本章小结
第三章 PFM控制模式同步整流DC-DC升压转换器系统分析与设计
3.1 芯片整体设计要求
3.1.1 芯片设计指标
3.1.2 芯片典型应用
3.2 芯片的结构设计
3.2.1 系统架构
3.2.2 工作原理
3.3 外围器件的选取
3.3.1 电感选取
3.3.2 电容选取
3.3.3 电阻选取
3.4 本章小结
第四章 模块电路的设计与仿真
4.1 基准电压电路
4.1.1 传统带隙基准电压电路
4.1.2 本文设计的基准电压电路
4.1.3 基准电压电路模块仿真
4.2 误差放大器电路
4.2.1 误差放大器电路模块设计
4.2.2 误差放大器电路模块仿真
4.3 限流比较电路
4.3.1 电流采样电路模块设计
4.3.2 电流比较电路模块设计
4.3.3 限流比较电路仿真
4.4 过零检测电路
4.4.1 过零检测电路模块设计
4.4.2 过零检测电路仿真
4.5 最小导通时间电路
4.5.1 最小导通时间电路模块设计
4.5.2 最小导通时间电路仿真
4.6 本章小结
第五章 整体电路的仿真分析
5.1 系统上电断电仿真
5.1.1 系统随CE启动
5.1.2 系统随VIN启动
5.1.3 系统断电仿真
5.2 输出电压范围仿真
5.3 输出电压纹波仿真
5.4 负载调整率仿真
5.5 线性调整率仿真
5.6 转换效率仿真
5.7 本章小结
第六章 版图设计及芯片测试
6.1 版图设计
6.1.1 误差放大器模块版图设计
6.1.2 开关功率管版图设计
6.1.3 整体电路版图设计
6.2 芯片测试
6.2.1 系统上电断电测试
6.2.2 输入输出电压范围测试
6.2.3 静态电流测试
6.2.4 输出电压纹波测试
6.2.5 负载调整率测试
6.2.6 系统效率测试
6.3 测试结果分析
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
致谢
本文编号：3915910
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