基于模擬與數(shù)字控制技術(shù)的電源管理芯片關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著集成電路制造技術(shù)的飛速發(fā)展，電源管理系統(tǒng)的集成度越來(lái)越高，電源管理芯片受到越來(lái)越多的關(guān)注，同時(shí)對(duì)電源管理芯片的要求也越來(lái)越高。在電源管理芯片的實(shí)現(xiàn)方式方面，傳統(tǒng)的模擬控制技術(shù)一直以來(lái)都被廣泛使用，同時(shí)近年來(lái)數(shù)字控制技術(shù)在電源管理芯片中也得到越來(lái)越多的使用。本文在對(duì)電源管理芯片的基本設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了研究之后，對(duì)電源管理芯片的模擬控制技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)都進(jìn)行了一定的探討，并針對(duì)電源管理芯片的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)其中的一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究

2、，主要包括以下內(nèi)容:高壓Buck轉(zhuǎn)換器中低功耗啟動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、數(shù)字電源的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及建模分析、原邊反饋型反激變換器的多模式數(shù)字控制芯片設(shè)計(jì)和自適應(yīng)的高精度原邊采樣技術(shù)研究。
　　本文首先研究了基于模擬控制技術(shù)的高壓Buck變換器，主要應(yīng)用在汽車(chē)電子等高壓供電的場(chǎng)合，為了提高系統(tǒng)的集成度，減小體積，降低成本，采用了芯片內(nèi)部集成上開(kāi)關(guān)管的方式。同時(shí)為了降低芯片面積和減小開(kāi)關(guān)管上的導(dǎo)通損耗，采用了NMOS來(lái)實(shí)現(xiàn)上開(kāi)關(guān)管，并且設(shè)計(jì)了一個(gè)

3、低功耗的啟動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)電路，相比于傳統(tǒng)的啟動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)電路，其自身功耗更低，并且可以最大的限度的提升上開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電壓，進(jìn)一步減小其導(dǎo)通電阻，提高系統(tǒng)效率。在控制方式方面也引入了PWM/PSM雙模式控制和自適應(yīng)斜坡補(bǔ)償?shù)姆绞剑瑏?lái)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的效率及性能。所設(shè)計(jì)的芯片經(jīng)流片測(cè)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　在研究了基于模擬控制技術(shù)的Buck變換器之后，對(duì)數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行了探討。數(shù)字控制技術(shù)作為一個(gè)新興的電源管理實(shí)現(xiàn)方式，受到越來(lái)越多人的關(guān)注，采

4、用數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電源也被叫做數(shù)字電源。數(shù)字電源有可靠性高、集成度高、靈活性高等特點(diǎn)。因此本文針對(duì)數(shù)字電源的基本結(jié)構(gòu)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字補(bǔ)償器、數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器等進(jìn)行了研究，詳細(xì)介紹了數(shù)字電源的基本設(shè)計(jì)思路，分析了數(shù)字電源中由于量化效應(yīng)引起的極限環(huán)震蕩效應(yīng)以及如何去避免。最后利用simulink軟件，對(duì)Buck變換器的數(shù)字控制器進(jìn)行了建模分析。
　　對(duì)數(shù)字電源的基本理論進(jìn)行研究之后，采用數(shù)字控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款用于反激變換器的

5、控制芯片。該芯片采用高精度的原邊反饋技術(shù)，采用數(shù)字補(bǔ)償?shù)姆绞?，可以?shí)現(xiàn)恒壓輸出和恒流輸出兩個(gè)功能。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率，在恒壓輸出下根據(jù)負(fù)載大小分別采用PWM/PFM雙模式控制，而在恒流模式下，則引入了準(zhǔn)諧振控制，實(shí)現(xiàn)片外開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通。所設(shè)計(jì)的控制芯片最后通過(guò)流片，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了理論設(shè)計(jì)功能。
　　最后本文還對(duì)反激變換器中的原邊反饋技術(shù)進(jìn)行了更深入的研究，提出了一種自適應(yīng)的高精度原邊反饋技術(shù)，其采樣精度不受片外器件參數(shù)