一種寬負(fù)載范圍高效率BUCK型DC-DC轉(zhuǎn)換器的研究.pdf

1、在現(xiàn)代電子設(shè)備中，電源管理芯片是必不可少的一個重要組件。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電路的集成度越來越高，需要電源管理芯片提供較大的輸出負(fù)載，同時高效率也是電源管理芯片的基本要求。
　　本文設(shè)計了一款寬輸出范圍高效率的峰值電流控制模式同步整流 BUCK型DC-DC轉(zhuǎn)換器。其采用新型無損的DCR采樣，避免了外加一個采樣電阻，減少了轉(zhuǎn)換器的導(dǎo)通損耗，顯著提升了大電流輸出條件下的效率。本文設(shè)計了輕載情況下的三種工作模式，突發(fā)模式、跳脈沖模式和強

2、迫連續(xù)模式，突發(fā)模式具有最高的效率和最差的紋波，強迫連續(xù)模式具有最差的效率和最好的紋波特性，而跳脈沖模式是兩者的折中，可以根據(jù)不同的工作需求選擇在輕載下不同的工作模式。同步整流技術(shù)利用同步管兩端較低的導(dǎo)通壓降，提升了效率，本文又為同步整流技術(shù)設(shè)計了必須的死區(qū)時間控制。自舉電容可以保證NMOS開關(guān)功率管充分導(dǎo)通，減少導(dǎo)通損耗，電平移位電路和柵極驅(qū)動電路用以保證開關(guān)管充分而迅速地開啟關(guān)斷?？蛇x的片內(nèi)次級電源設(shè)計使得當(dāng)輸入電壓很高時，可以通過

3、外接一個高效率的LDO次級電源或者直接利用輸出電壓給片內(nèi)模塊供電，降低了轉(zhuǎn)換器的損耗。此外本文還設(shè)計了斜坡恢復(fù)電路，以抵消斜坡恢復(fù)造成的最大輸出電流的下降，提高了轉(zhuǎn)換器的帶載能力。
　　論文先是闡述了開關(guān)電源芯片研究的背景及意義，隨后介紹了開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的基本工作原理和幾種基本分類。隨后著重分析了開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的幾種損耗的分類及來源，為下文的高效率的系統(tǒng)設(shè)計打下理論基礎(chǔ)。之后，介紹了本文采用的幾種提升轉(zhuǎn)換器效率的技術(shù)，包括同步整流

4、及死區(qū)時間控制、DCR采樣技術(shù)和輕載下的三種工作模式。接著設(shè)計與分析了電路中幾個重要的基本模塊及電路，對其進(jìn)行了仿真驗證并給出各項參數(shù)。最后搭建了轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)仿真電路，對轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)功能驗證以及關(guān)鍵參數(shù)的仿真。
　　本文仿真采用CSMC/40 V BCD工藝，仿真工具為Cadence及H-spice。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)能夠正常工作，且各項性能良好符合設(shè)計要求。最大輸出負(fù)載電流為20A，最高效率可達(dá)93％，且在全負(fù)載范圍內(nèi)都有很高的效率