電流模升壓型DC-DC控制器XD1496的設(shè)計.pdf

1、直流開關(guān)電源給人類的日常生活提供了很大的便捷，然而在人體安全電壓范圍內(nèi)存在許多供電電壓，而且工作頻率也各不相同。為了使用同一個芯片，在只改變外圍器件參數(shù)的情況下滿足不同的供電電壓和工作頻率，本論文旨在設(shè)計一款輸入電壓范圍廣，工作頻率可調(diào)，電感電流采樣精度高，轉(zhuǎn)換效率高的升壓型直流轉(zhuǎn)直流控制器。為此本芯片采用電流模同步整流技術(shù)。為減小芯片面積，減少高壓器件的使用，芯片內(nèi)部集成一個高壓的線性穩(wěn)壓器為內(nèi)部其他模塊提供工作電壓；為使工作頻率可調(diào)

2、，外置調(diào)整電阻，跟隨阻值的增大頻率成正比例增加；為擴大應用范圍，采用片外采樣電阻，通過改變采樣電阻阻值設(shè)置相應的采樣增益；為提高轉(zhuǎn)換效率，兩個外置的功率管都采用NMOS管。
　　論文首先闡述了電源管理芯片的研究背景和概述，然后對幾種常見的直流轉(zhuǎn)直流轉(zhuǎn)換器的拓撲結(jié)構(gòu)進行了說明和原理分析，接著又介紹了功率管不同調(diào)制模式的區(qū)別，并著重分析了PWM和PFM兩種調(diào)制模式的工作原理和優(yōu)缺點，同時又介紹了電壓模反饋環(huán)路和峰值電流模反饋環(huán)路的工作

3、原理及對系統(tǒng)性能的影響。論文在給出功率管線性模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合峰值電流模環(huán)路將升壓型轉(zhuǎn)換器整個環(huán)路進行線性等效，然后詳細推導出只和占空比有關(guān)的電感電流和輸出電壓的傳輸函數(shù)，最后給出系統(tǒng)的等效小信號流程圖并推導出整個系統(tǒng)的環(huán)路增益。依靠環(huán)路增益合理設(shè)置補償參數(shù)，方便分析環(huán)路穩(wěn)定性。論文在理論分析的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)的核心子模塊包括帶隙基準電路、啟動電路、可調(diào)頻率振蕩器、電流采樣電路、負電流檢測電路等進行了設(shè)計和仿真驗證。最后給出了XD1496的

4、電氣性能參數(shù)和整體功能的仿真結(jié)果。
　　芯片XD1496采用0.6μm CMOS工藝，依靠Cadence下的Spectre等EDA工具對系統(tǒng)整體功能和電氣性能參數(shù)進行了仿真驗證。仿真結(jié)果表明系統(tǒng)整體功能和電氣性能參數(shù)指標均達到設(shè)計要求。芯片在3～30V輸入電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，輸出為19V、12V和5V三個典型應用時分別能達到2A、3A和4A的最大負載，并且可以根據(jù)外部負載的不同，工作在PWM模式或PFM模式，保證系統(tǒng)滿足設(shè)計要求的