發(fā)布時(shí)間：2020-11-17 16:23

　　 電源管理芯片是支撐當(dāng)前便攜式電子產(chǎn)品、精密工業(yè)設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。而電流模式BUCK(降壓型)開(kāi)關(guān)控制器高輸入低輸出、效率優(yōu)良、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)迎合了當(dāng)前市場(chǎng)的許多應(yīng)用場(chǎng)景。然而,在當(dāng)前低壓、大負(fù)載電流的發(fā)展趨勢(shì)下,傳統(tǒng)的單芯片工作會(huì)導(dǎo)致芯片面積過(guò)大、發(fā)熱嚴(yán)重、封裝困難、器件應(yīng)力過(guò)高等問(wèn)題,市場(chǎng)的需要導(dǎo)致了多路并聯(lián)輸出技術(shù)的產(chǎn)生。該技術(shù)具有降低器件應(yīng)力、良好的驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載能力、方便的可擴(kuò)展性等特點(diǎn),因此逐漸成為研究熱點(diǎn)。論文首先分析了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外作為集成電路領(lǐng)域重要一環(huán)的開(kāi)關(guān)電源芯片發(fā)展的現(xiàn)狀,凝練出市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。為解決當(dāng)前低壓、大電流矛盾,設(shè)計(jì)了一款可多路并聯(lián)輸出的芯片。全文首先分析了BUCK控制器的工作原理、調(diào)制方式、控制模式,并在仔細(xì)比較下,選擇了具有良好電壓線性度和環(huán)路響應(yīng)的電流模式。然后詳細(xì)研究了多路并聯(lián)輸出的核心技術(shù),即多相交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)、負(fù)載均流技術(shù)和并聯(lián)芯片捕捉跟蹤外部多相信號(hào)的鎖相環(huán)技術(shù)。其中多相交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)可以使輸出電流紋波顯著減小,而且在充分比較了主流的負(fù)載均流技術(shù)后,本文采用了主從負(fù)載均流的方式。同時(shí),利用控制理論中的二階系統(tǒng)響應(yīng)分析了二階、三階電荷泵鎖相環(huán)的動(dòng)態(tài)特性,由于其鎖相范圍寬、相位差可達(dá)到零等優(yōu)異性能而被本芯片設(shè)計(jì)采用。之后,利用之前的理論研究進(jìn)行具體的芯片模塊設(shè)計(jì),包括為整顆芯片提供電流偏置的基準(zhǔn)電流源,能多路并聯(lián)時(shí)鎖相工作又能單片工作時(shí)頻率可調(diào)的鎖相環(huán)。模塊設(shè)計(jì)完成后,基于0.35微米的BCD工藝庫(kù),先對(duì)輸出電壓1.8V,輸出電流7A的單芯片工作進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)論是電流紋波,還是負(fù)載調(diào)整率等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足預(yù)期。然后以兩路并聯(lián)輸出14A電流為例搭建系統(tǒng)架構(gòu),仿真結(jié)果與單芯片對(duì)比發(fā)現(xiàn),兩路交錯(cuò)并聯(lián)輸出的設(shè)計(jì)使輸出電容的頻率加倍,電流、電壓紋波顯著減小,極大地降低了對(duì)儲(chǔ)能元件的應(yīng)力,符合最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN402
【部分圖文】：

圖 2-1 BUCK DC-DC控制器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)UCK DC-DC 變換器工作的核心是電感的無(wú)損限流正好能抑制電容的者形成互補(bǔ)，同時(shí)電感、電容充當(dāng)了功率濾波器的作用，濾除高頻載上較平滑的恒壓輸出。由于變換器工作時(shí)負(fù)載、輸入網(wǎng)壓等會(huì)發(fā)高系統(tǒng)的環(huán)路或交流響應(yīng)，需要在輸出采樣信號(hào)，經(jīng)變換器輸出一比信號(hào)，驅(qū)動(dòng)功率管的開(kāi)關(guān)，這樣形成了負(fù)反饋調(diào)節(jié)。環(huán)路響應(yīng)一響應(yīng)與電網(wǎng)暫態(tài)響應(yīng)的疊加[7]。 BUCK拓?fù)涞墓ぷ髂Ｊ缴瞎?jié)可知，在變換器開(kāi)關(guān)周期中，電感電流要經(jīng)過(guò)先線性上升再下要電流回到周期的初始值，系統(tǒng)就處于穩(wěn)定狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)僅涉及相同，并未要求開(kāi)關(guān)周期起始與結(jié)束時(shí)的電流絕對(duì)值大小。因此 變換器穩(wěn)壓過(guò)程中電感是否持續(xù)有正值電流，可以將變換器的工作 續(xù) 導(dǎo) 通 模 式 （Continuous Conduction Mode，CCM） 和 斷 續(xù) 導(dǎo) 通

圖 2-2 CCM工作模式下的關(guān)鍵信號(hào)波形現(xiàn)在電感電流每周期能夠復(fù)位，可以得到：ON ON OFF OFF|V t |=|V t|下標(biāo) ON 表示每周期內(nèi)功率管導(dǎo)通時(shí)間，下標(biāo) OFF 表示每，式（2-1）即為開(kāi)關(guān)電源的伏秒積相等法則[7]。通過(guò)該法通、關(guān)斷時(shí)間內(nèi)電感兩端電壓對(duì)時(shí)間的積分面積的絕對(duì)值由圖 2-1中的電路結(jié)構(gòu)可得到：ON IN SW OV =V -V -V OFF O DV = -V -V K 變換器在 CCM 工作模式下占空比為：ON O D OIN D SW INt +=T + -V V VDV V V V

2(1 )8OVV DLCf 可以看出，Co 上紋波與 Vo 成正比，與頻率的平方通模式（DCM）個(gè)工作模式，取決于電路的輸入電壓和帶載情況，當(dāng)負(fù)載電流小到一定程度，系統(tǒng)會(huì)自發(fā)地進(jìn)入 DC波形如圖 2-3 所示。電感電流在功率管關(guān)斷器件本，由于峰值電流比較小，在關(guān)斷時(shí)間未結(jié)束時(shí)，電點(diǎn)電壓應(yīng)該等于-VD，但由于 A 節(jié)點(diǎn)上有寄生參數(shù)電感電流從峰值降到零的時(shí)間為 TOFF，注意此時(shí) 間 T，由伏秒積相等法則得：ON OFF I I I
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本文編號(hào)：2887695