便携式电子设备电源管理芯片的研究

毕业设计（论文）说明书I┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊毕业设计(论文)任务书课题名称便携式电子设备电源管理芯片的研究系别自动化专业班级姓名学号毕业设计（论文）的主要内容及要求:1意义、目的：对便携式电子设备的电源管理芯片进行研究，为便携式电子设备的电源系统的设计与应用提供参考。2主要内容：文献综述、进行方案比较、了解应用软件及编程设计过程、具体硬件设计、仿真数据整理与结果分析、撰写毕业设计（论文）与翻译、答辩3要求：计对便携式电子设备的电源管理芯片的硬件部分进行设计，在系统中研究电源管理芯片构成与系统应用等技术。侧重于系统的硬件设计实现。8篇以上参考文献，英文资料不少于2篇，并且将其中的1篇翻译成中文，5000字以上。论文正文30-60页。指导教师签字：日期：年月日毕业设计（论文）说明书II┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要本文针对便携式电子设备电源管理芯片做了研究和设计。首先，介绍了三种实现将电池电量或其他电能转换成恒定电压或恒定电流输出的方法：DC-DC转换器、电荷泵电压变换器、LDO线性稳压器，并且做了对比研究。然后，重点研究LDO线性稳压器。先对LDO进行了基础理论研究，分析了频率补偿、压差、瞬态响应、线性调整率、负载调整率等各项关键性能指标。在此基础上，提出了一种增益高，并增加了快速反馈环路的LDO线性稳压器。运用SRE技术，进一步提高了瞬态响应的性能。最后，对本芯片的高增益误差放大器和快速环路设计以及SRE电路做了软件仿真，仿真结果表明，输出电压的线性调整率和负载调整率均得到改善。关键词：双模式DC-DC转换器；LDO线性调整器；平均化建模毕业设计（论文）说明书III┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊AbstractThispaperdotheresearchanddesigninviewoftheportableelectronicdevicespowermanagementchips.First,introducedthreekindsofrealizationofthebatterypowerorotherwilltransformelectricalenergyconstantvoltageorconstantcurrentoutputmethods:DC-DCconverter,thechargepumpvoltageconverter,LDOlinearregulator,anddoacomparativestudy.Then,thepaperregardresearchingLDOlinearregulatorasthekey.First,researchtheLDObasictheory,analyzesthefrequencycompensation,differentialpressure,transientresponse,linearadjustrate,loadadjustingthekeyperformanceindexrate,etc.Basedonthis,putsforwardagainhigh,andtherapidincreaseofthefeedbackloopLDOlinearregulators.UseSREtechnology,andtofurtherimprovetheperformanceofthetransientresponse.Finally,takethehighlyErr.ampandfastloopSREcircuitdesigntothesoftwaresimulation,thesimulationresultsshowthattheoutputvoltageofthelinearadjustmentrateandtheloadrateadjustmentisimproved.Keywords：Dual-modeDC-DCconverter；LDOlinearregulator；Averagedmodel毕业设计（论文）说明书Iv┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录1.绪论.............................................................11.1课题背景.........................................................11.2电源管理芯片的发展与研究现状.....................................31.3研究内容........................................................41.3.1DC-DC转换器的介绍...........................................41.3.2电荷泵电压变换器的介绍......................................41.3.3针对LDO的研究与设计........................................41.4论文组成和安排...................................................52.便携式电子设备电源管理芯片基础.....................................62.1DC-DC转换器基础.................................................62.1.1降压型DC-DC转换器拓扑结构..................................72.1.2DC-DC转换器的调制方式.......................................102.1.3DC-DC转换器的控制环路.......................................102.2电荷泵电压变换器基础............................................122.2.1电荷泵转换器的工作原理.....................................142.2.2电荷泵转换器的基本概念.....................................162.3便携式设备用LDO基础............................................192.3.1LDO线性稳压器基础...........................................202.3.2LDO基本的频率补偿方法.......................................212.3.3LDO的压差..................................................252.3.4瞬态响应....................................................262.3.5负载调整率..................................................272.3.6线性调整率..................................................272.4小结.............................................................283.LDO线性稳压器的系统设计..........................................313.1LDO线性稳压器的电路设计.........................................333.1.1误差放大器...................................................333.1.2短路及电流限制电路..........................................363.1.3SRE电路.....................................................383.2LDO线性稳压器的仿真............................................403.3结论............................................................434.总结..............................................................44致谢................................................................45主要参考文献.........................................................46毕业设计（论文）说明书共45页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.绪论近年来，手机、笔记本电脑、PDA等以电池供电的便携式电子产品迅速成为了人们日常生活中不可或缺的部分。这些便携式产品在功能、性能、体积和成本等方面的提高与改进日新月异，这就对依赖电池电源的便携式设备中至关重要的电源管理系统的要求越来越高。优秀的电源管理系统能提高电池供电效率、延长电池供电时间、提高电池使用寿命。本论文的研究目的，即是对便携式电子设备电源管理核心部分电源管理芯片做一个简单的研究与探索。本章将首先介绍论文的课题背景，接着对DC-DC转换器，LDO线性稳压器，电荷泵电压变换器的发展和研究现状做简单概述，并以此引出本文的研究内容；接着给出整片论文的组成结构。1.1课题背景近几年来，随着诸如手机、数码相机、数字音乐播放器、手持医疗仪器等便携式电子设备的广泛应用，电池与电源管理半导体产品成为半导体领域的市场热点之一，其增长趋势也高于半导体整体市场的发展速度，甚至超过了数字信号处理器(DigitalSignalProcessor,DSP)和存储器等半导体产品的增长速度。据估计，从2004年至2010年，每年电源销售额以15%的幅度增长，到2010年全球整个电池与电源管理市场达到近120亿美元的销售额。中国大陆作为全球最大的芯片消费市场，从2003到2007年，市场复合增长率达到了25%，到2009年，中国电池与电源管理市场达到了582.6亿元[1]。图1-1按应用划分的全球电池与电源管理市场在应用需求方面，从图1-1可看出，以下几个重要领域对电池与电源管理的需求尤甚[1]：毕业设计（论文）说明书共45页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊(1)通信领域，尤其是移动通讯目前对电池与电源管理的需求最为强劲；(2)消费类电子产品，如MP3，MP4、数码相机等，这部分市场份额在逐年递增，甚至有赶超通讯领域的势头；(3)计算机领域，这虽然是传统领域，但近年来随着笔记本电脑市场的快速发展，使得该领域对电池与电源管理的需求日益增强；(4)汽车电子，目前这部分的市场份额虽不及前面三项，但在最近两年，却取得了超过40%的高增长率，随着混合动力汽车和电动力汽车的兴起，汽车电子类电池与电源管理芯片市场将是发展最快的领域[2]；(5)工业运用。另一方面，从区域划分来看，亚太地区的需求量一直稳居首位，远高于其他区域。电池与电源管理芯片产品可划分为两大类：(1)管理、保护电池的电池管理类产品，包括电池监测和保护芯片、电池充电器芯片等；(2)将电池电量或其他电能转换成恒定电压或恒定电流输出