电流模式PWM开关电源芯片的研究

西安电子科技大学硕士学位论文电流模式PWM开关电源芯片的研究姓名：许圣全申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：张义门20080101电流模式PWM开关电源芯片的研究作者：许圣全学位授予单位：西安电子科技大学相似文献(10条)1.学位论文刘程斌升压型电流模式的PWM开关电源芯片研究与设计2008本论文的设计工作来源于上海龙鼎微电子公司的项目“同步Boost转换器”，主要对小电流同步升压型开关电源的工作原理进行理论研究并设计实现。本文全面而系统地研究了升压型DC/DC转换器的基本工作原理与相关控制方式，为本芯片系统的设计与实现提供了理论指导。论文对升压型DC/DC转换器的系统稳定性做了深入的研究与计算，提出了芯片内部的频率补偿电路方案，并设计了内部频率补偿电路来代替芯片外部的RC补偿网络，并基于CadenceSpectre仿真平台的Vcrilog-AMS验证了系统的稳定性，该方案对其它模拟IC设计有很好的借鉴意义。该芯片采用电流模脉宽调制控制方案，大大提高了芯片的电源电压和负载变化的瞬态响应性能，并且设计了动态斜坡补偿电路以消除电流模DC/DC转换器中开环不稳定的缺点。本文还设计了内置软启动电路，避免了启动过程的大电流。同时，采用同步整流技术，在提高效率的同时节省了PCB板的面积。当负载电流减小时，系统会自动进入skip-pulse状态来提高系统的效率。另外芯片有了欠压保护、过压保护、过流保护、过温保护等多种功能。整个电路基于某公司0.6μm40VBCD工艺设计，基于CadenceSpectre完成了整体电路前仿真验证。仿真结果表明，电路功能和性能指标均已达到设计要求。2.期刊论文王春会.WANGChun-hui新一代开关电源芯片SG3525工作原理剖析-辽宁师专学报（自然科学版）2009,11(4)SG3524已广泛用于开关电源及逆变电源中,SG3525作为它的替代升级产品,增加了欠压锁定、软启动、PWM锁存器及图腾柱式输出等电路.针对SG3525内部电路构成、工作原理及应用技巧做出详尽分析.3.学位论文郭越勇基于CMOS工艺的PWM直流-直流降压型开关电源的设计2007直流-直流PWM开关电源芯片具有效率高的特点，非常适合应用于各种由电池供电的便携式数字设备，比如手机、PDA等掌上设备。因此，PWM开关电源芯片在市场上的需求量非常大。但是这些市场上的PWM芯片大多是由国外的一些公司设计的，而在国内自主正向设计的PWM芯片几乎没有。为了设计一个降压型、电压控制模式的PWM开关电源，本文的主要工作是：研究了降压型、电压控制模式的PWM开关电源的主要拓扑原理。引入了误差放大器的频率补偿的方法，并着重分析了双零点、双极点的补偿电路。在开关电源的输出级，分析了引入过流保护和非连续工作模式的原因。根据PWM开关电源的原理和特点，合理地设计了各个子电路，其中包括：带隙基准源、误差放大器、振荡器、窄波发生器、锯齿波发生器、PWM比较器、PWM脉冲调整器、输出级电路、过流保护电路和低压比较器等。根据每个子电路的特殊需求，详细地分析了它们的功能如何实现。然后在版图方面提出了降低芯片噪声的方法。最后给出了相应的模拟结果，这些模拟结果验证了设计的芯片的正确性。通过测试与分析不断地发现和改正芯片的电路和版图中存在的错误。最后测试了最终流片的结果，结果表明，虽然芯片的性能没能达到预期的水平，但是PWM芯片的基本功能和从直流向直流的转化已经实现。4.学位论文郝宇峰一种PSM/PWMBoostDC-DC转换芯片的设计与研究2008本论文设计了一种PSM/PWM混合调制的BoostDC-DC开关电源芯片。电路基于Chartered0.35μm工艺设计，在Cadence软件下对整体电路进行了仿真。仿真结果显示：芯片的工作开关频率为400KHz左右：电路的正常工作温度范围在-40℃～125℃之间；正常工作时，在较宽的负载范围内效率高达90％以上；系统各模块总功耗不足0.16mW；输出电压的纹波在±1％以内，并且系统具有很好的稳定性，该结果较好的满足了实际应用对开关电源芯片精度和稳定性的要求。论文的前三章在介绍该课题研究内容的基础上，首先分析了DC-DC开关转换器的调制方式和控制模式，然后对电压环控制PSM/PWM混合调制的BoostDC-DC开关电源芯片的系统结构和工作过程以及BoostDC-DC电源管理芯片的重要参数作了详细解释。第四章设计了芯片内部的大部分重要子模块，其中自主设计了PSM/PWM模式转换电路以及占空比探测电路，这种在开关电源中采用占空比探测的混合调制方式可保证在很宽的负载范围内达到系统达到90％以上的转换效率：设计了一种输出基准可调的高PSRR、低失调、低功耗的基准电压源，其功耗不足33±W，低频PSRR可达到100dB以上，并降低了运放的失调电压对基准的影响；设计了一种高精度的比较器，其增益约为68，46dB，传输延迟在15ns左右；还设计了误差差放大器和补偿电路、低压控制电路、锯齿波产生电路、欠压保护电路、PSM控制电路等模块，利用Cadence软件对这些子模块都作了完整的电路设计和仿真分析，仿真结果显示各子模块电路的性能均达到设计指标的要求。论文的第五章对整体电路的功能和性能进行了仿真，仿真结果表明该电路完成了设计功能，达到了预先制定的设计指标，较好的完成了芯片电路的前端设计。论文的第六章为总结和展望部分。5.会议论文李雪.宁武零电压反激式开关电源芯片IRIS4015原理及设计要点2003L5991是ST微电子公司生产的一种电流模式PWM控制器,适应于定额离线式或DC-DC开关电源中的初级控制.本文介绍了电流模式PWM控制器L5991的功能和工作原理.6.学位论文宋爽高效率多模式Buck-Boost开关电源控制芯片设计2008随着电力电子技术、半导体技术和集成电路设计、制造技术的发展，便携式设备使用日益广泛，对开关电源芯片提出了更高的要求。主要包括，在更大的输入电压范围内能够提供稳定的输出电压，在全负载范围内高效率工作，以及体积更小，功率密度更高等。论文针对上述需求，设计了一种BUCK—BOOST开关电源控制芯片。论文在分析各种升压—降压式拓扑的基础上，设计了一种基于级联式4开关BUCK—BOOST拓扑的开关电源控制芯片，其根据不同的负载、不同的输出电压，采用不同的控制策略：（1）重载时，系统采用电压模式控制，工作在PWM模式，且根据输入电压的不同进行分段控制，实现在BOOST，BUCK以及过渡状态间自动转换；（2）轻载时，系统采用迟滞控制，工作在BURST模式，亦根据输入电压的不同，实现在BOOST，BUCK以及改进BOOST间自动转换。设计的过渡状态和改进BOOST状态最大程度上减少了开关管开关次数，比现行方法有更低的开关功耗。这样的系统结构和控制策略实现了在系统级的功率优化，减少了系统功耗，提高了效率。在系统设计的基础上，论文给出了该芯片的实现方案，并设计了其中的关键模块。如设计的带锁相环的多模式时钟发生电路，经过流片和样片测试，表明其能简单地实现多模功能，优化锁相环噪声性能，适用于开关电源管理芯片；误差放大器结合系统环路进行补偿，保证了系统的稳定性；电平转换电路、电流检测电路等都采用了新设计的结构，并在电路设计中注重电路级功耗的降低。整个系统及其电路利用美国国家半导体1．5μmBCD工艺进行设计，CadenceSpectreS的仿真结果表明，设计的芯片能工作正常，实现了所有工作模式，并能在各个模式、各个工作状态间切换。在较大的输入电压范围内，提供稳定的输出电压；在全负载范围内高效率工作的预期设计目标均以实现。7.学位论文脱立芳降压型PWMDC-DC开关电源技术研究2008电源半导体产品近期呈现快速增长趋势，甚至超过了数字处理器和存储器等半导体的增长速度。大部分增长来源于高容量电池供电的电子产品，如手机和数字音乐播放器。由于所有电子产品都需要有电源供电，所以电源管理技术变得至关重要。在这样的前提下，设计开发高效率、高频、小体积的DC-DC开关电源芯片，无论是从经济角度，还是从科学研究上来讲都是很有价值的。本文介绍了DC-DC转换器各种拓扑结构及其工作原理，并重点分析了降压型DC-DC转换器在连续电流模式和非电流连续模式下的工作原理。描述了DC-DC转换器的控制方法，详细阐述了脉宽调制中电压控制模式和电流控制模式的基本原理，分析比较了它们各自的优缺点。同时还介绍了软开关技术、同步整流技术的概念和发展趋势，以及系统性能稳定性和补偿的相关知识。本文设计了一款基于电压控制模式的PWM降压型DC-DC转换器，并重点分析了它的工作原理、系统结构。该DC-DC转换器子模块包括主电路、误差放大电路、比例积分控制电路、PWM比较电路，利用CandenceEDA集成电路设计工具、Spectre仿真工具，从工艺参数、电源电压、负载电阻对输出的影响等方面，对电路内的各个模块进行了具体的设计和仿真。此外，采用SMIC0.18μm1P6M工艺对部分模块进行了版图设计。8.期刊论文纪宗南具有大电流输出能力的开关电源-电子质量2002,(8)本文介绍大电流输出的开关电源芯片MAX1623的特点,设计原理和典型应用电路.9.学位论文聂神怡DC-DC开关电源芯片技术研究2006单片开关电源管理集成电路具有高集成度、高性价比、简单外围电路、优越性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源，目前已成为国际上开发中、小功率开关电源、精密开关电源、专用开关电源以及开关电源模块的优选集成电路，使得开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。本文全面分析、描述了DC-DC开关电源变换器的控制方法，并依据脉宽调制的方法何采用控制信号的选取对控制方法进行了分类，详细阐述了各种控制方法的基本原理，分析比较了他们各自的优缺点，指出了每种控制方法所使用的场合。本文首先设计了一款基于电流控制模式的PWM升压控制芯片，并重点分析了它的工作原理、系统结构，建立了系统的小信号模型，分析了系统的稳定性以及采用斜率补偿方法改善系统稳定性的原理，并仿真验证了斜率补偿的作用。本文利用CadenceEDA集成电路设计工具、SpectreS仿真工具，对集成电路内的各个模块包括反相器、基本RS触发器、基准电压电路、误差放大电路、电压比较电路、锯齿波振荡发生电路、PWM比较电路、软启动电路、驱动电路等进行了具体的设计和仿真，且达到了预先设定的指标。此外，采用上海华晶0.5微米混合工艺线进行了流片，并对样片进行了测试，测试结果与仿真结果基本吻合。本文还设计了一款PFM降压控制芯片，并详细分析了它的工作原理、系统结构、以及子电路模块。并采用贝岭3umBCD工艺进行流片，并对样片进行了测试，测试结果与仿真结果基本吻合。10.学位论文马新闻双模同步高效Buck型DC/DC开关电源芯片设计2008CYT3406是一款固定频率单片同步高效降压型DC-DC开关电源芯片。其输入电压为2.5v～5.5v，输出电压为固定的1.8v。该款芯片内置1.5MHz的恒定开关频率，功率管采用同步整流设计，使整个系统可采用标准CMOS工艺实现，降低了芯片制造的成本。另外极低的系统静态电流和满负载范围内系统的稳定运行，都在很大程度上提高了系统的效率。2.5v～5.5v的输入电压范围以及最大600mA的负载电流使该款芯片特别适用于单片锂离子电池供电的便携设备，如手机、数码相机、MP3等。CYT3406中同时采用PWM与PFM双模调制，保证系统在较宽的负载范围内有较高的转换效率。为进一步提高系统效率，CYT3406中内置了三种基本的工作模式：正常工作模式、猝发模式和休眠模式。通过部分或全部关闭系统中的控制模块来实现系统效率的最大化。CYT3406中特别设计了相应的测试模式。在该模式下，系统内部模块将根据需要工作，以实现内部关键参量的测试。同时在芯片内部还设计了相应的修正电路，用于对上述测试偏离较大的芯片进行修正。为了保证在出现可能异常情况时不致导致系统崩溃，CYT3406设计了各种保护措施，包括过温、过压、过