【摘要】：電源廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防設(shè)施以及日常生活的各個(gè)方面,所以高性能電源IC的作用顯得愈加重要。電源朝著高集成度,高轉(zhuǎn)換效率,低功耗的方向發(fā)展,降壓型開關(guān)電源由于自身具備的優(yōu)異性能取代了線性穩(wěn)壓器。目前,降壓型開關(guān)電源芯片是當(dāng)今電源的主要研究方向。結(jié)合公司項(xiàng)目,通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)和性能仿真驗(yàn)證,設(shè)計(jì)一款基于脈沖寬度調(diào)制的降壓型開關(guān)電源芯片。芯片主要包括帶隙基準(zhǔn)、誤差放大器、比較器、振蕩器等模塊。通過分析DC-DC的工作原理可知,DC-DC從V_(IN)吸取的電流是脈沖式的,V_(IN)波動(dòng)較大,會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部電壓基準(zhǔn)的PSRR性能變差。采用子線性穩(wěn)壓器為電壓基準(zhǔn)電路進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓和負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)兩種提高PSRR的方法,設(shè)計(jì)一種具有高PSRR的參考電壓電路,有效抑制DC-DC輸出端的電源噪聲。設(shè)計(jì)的誤差放大器能夠在瞬態(tài)工作時(shí)高效運(yùn)行。芯片內(nèi)部同時(shí)集成了欠壓鎖定、軟啟動(dòng)、熱關(guān)斷等保護(hù)電路,監(jiān)測芯片的輸入電壓和溫度,并降低浪涌電流。傳統(tǒng)開關(guān)電源中振蕩器頻率調(diào)節(jié)范圍小,控制模式單一,并且產(chǎn)生的波形放電時(shí)間長,易導(dǎo)致頻率失真。設(shè)計(jì)一種頻率可調(diào)的鋸齒波振蕩器,具有多模式調(diào)節(jié)頻率功能。采用兩個(gè)電容充放電疊加方式產(chǎn)生鋸齒波,能夠?qū)⒎烹娺^程隱藏且放電時(shí)間減小接近于零,優(yōu)點(diǎn)是占空比大。借助Cadence EDA工具,采用0.18μmBCD工藝,對芯片內(nèi)部模塊進(jìn)行仿真并繪制版圖,仿真表明,芯片輸入電壓為3V至6V,寬PWM頻率為可調(diào)280KHZ~700KHZ,最大輸出電流為6A,可調(diào)輸出電壓低至0.9V。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN402
【圖文】：

圖 2.3 異步整流 BUCK 開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig. 2.3 The topology diagram of asynchronous rectifier buck DC-DC圖 2.4 同步整流 BUCK 開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig. 2.4 The topology diagram of synchronous rectifier buck DC-DC脈沖寬度調(diào)制多數(shù) DC-DC 轉(zhuǎn)換器通過控制功率 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)間和脈沖周期（即占來改變輸出電壓，這種控制形式稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM）。帶 PWM關(guān)電源一般有兩個(gè)控制電路分別是電壓控制模式和峰流控制模式[15]。電

圖 2.4 同步整流 BUCK 開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig. 2.4 The topology diagram of synchronous rectifier buck DC-DC 脈沖寬度調(diào)制多數(shù) DC-DC 轉(zhuǎn)換器通過控制功率 MOSFET 導(dǎo)通時(shí)間和脈沖周期（即占來改變輸出電壓，這種控制形式稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM）。帶 PWM關(guān)電源一般有兩個(gè)控制電路分別是電壓控制模式和峰流控制模式[15]。電反饋控制信號僅僅只有輸出電壓，即系統(tǒng)中只有一個(gè)電壓反饋回路[16]。的反饋控制信號不僅有負(fù)載電壓而且有電流，其中電感電流或負(fù)載電流控制，負(fù)載電壓反饋構(gòu)成外環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)雙環(huán)控制[17]。1）電壓控制方式壓控制模式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 2.5 所示，電壓控制模式包含一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘以，但也可以同步外部時(shí)鐘。通過以一定時(shí)間設(shè)定鎖存器來打開開關(guān)管，恒定的開關(guān)頻率。該振蕩器還提供斜坡電壓，該斜坡電壓通過對電容器現(xiàn)，用作 PWM 比較器的參考波形。誤差放大器用于比較穩(wěn)壓器的輸出

圖 2.9 參考電壓電路整體框圖Fig. 2.9 The block diagram of reference voltage circuit產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)T 電流產(chǎn)生電路如圖 2.10 所示，四個(gè)交叉耦合 BJT 產(chǎn)生 VT這一特性，產(chǎn)生了 PTAT 電流，這里 Q1、QΔ VBE和 Rp產(chǎn)生電流 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（ 極面積 A3 是 Q1 的 D 倍，Q2 的 A2 是 Q4 的 A4 的，Q2 和 Q4 也同樣如此，所以產(chǎn)生了一個(gè) PTAT 電。

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9 劉麗Z

本文編號：2764596