單片大功率DC-DC變換器高性能控制方法研究.pdf

1、電源是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的核心，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的品質(zhì)。DC-DC變換器以其高效率、小體積、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛作為各種電子設(shè)備的供電電源。針對(duì)不同的應(yīng)用，本文對(duì)單片大功率DC-DC變換器的高性能控制方法進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。從而在不同的應(yīng)用環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)DC-DC變換器性能的優(yōu)化。大功率LED驅(qū)動(dòng)和大功率電源轉(zhuǎn)換是目前大功率電源管理集成電路發(fā)展的兩個(gè)重要研究方向。本課題主要針對(duì)這兩大方向進(jìn)行相應(yīng)的分析和研究。
　　大功率LED驅(qū)

2、動(dòng)是一種大電流輸出的DC-DC變換器，其主要損耗為導(dǎo)通損耗。綜合考慮系統(tǒng)效率和芯片面積，本文提出一種基于NMOS功率開(kāi)關(guān)管的變形BUCK拓?fù)?，該拓?fù)錈o(wú)需使用自舉電路?？紤]到大功率LED電流變化比較劇烈，選取電流滯環(huán)控制模式作為系統(tǒng)的控制方式，該控制模式具有自穩(wěn)定性，不需要額外的補(bǔ)償電路，可以實(shí)現(xiàn)快的響應(yīng)速度和好的穩(wěn)定性。此外，在大功率LED驅(qū)動(dòng)中存在較大的dv/dt和di/dt，EMI輻射較為嚴(yán)重?？紤]到電流滯環(huán)控制模式頻率的不固定性，

3、本文提出了一種適用于電流滯環(huán)控制模式的頻率抖動(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)電磁輻射衰減目的。
　　針對(duì)大功率電源變換應(yīng)用，本文采用基于自舉驅(qū)動(dòng)技術(shù)的全 N型功率管的同步整流BUCK架構(gòu)實(shí)現(xiàn)效率的提升。基于該架構(gòu)的直流模型和交流模型，本文嘗試以運(yùn)算放大器為基礎(chǔ)，模擬出電容，電感的頻率特性，構(gòu)建有源電容、有源電感，提出一種頻率內(nèi)補(bǔ)償法，該方法實(shí)現(xiàn)內(nèi)部可集成的 PID補(bǔ)償，避免傳統(tǒng)方式對(duì)nF級(jí)電容的需求。頻率內(nèi)補(bǔ)償法不僅簡(jiǎn)化了芯片外圍電路的設(shè)計(jì)，而且提高

4、了電路瞬態(tài)響應(yīng)速度和輸出調(diào)整精度。此外，本文提出了一種先進(jìn)的二級(jí)電流保護(hù)策略，不僅提高了逐周期電流限的精度，而且可以有效的保護(hù)變換器在所有負(fù)載情況下都不受損壞。為了實(shí)現(xiàn)高頻EMI抑制目的，提出一種分段式功率管柵驅(qū)動(dòng)電路。
　　電壓基準(zhǔn)源是各種DC-DC變換器中不可或缺的核心模塊，其性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)特性。本文針對(duì)不同的工藝環(huán)境，分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的高精度、高穩(wěn)定BiCMOS和 CMOS電壓基準(zhǔn)源電路。提出了一種基于分段非線(xiàn)性溫度補(bǔ)償技

5、術(shù)的高性能BiCMOS電壓基準(zhǔn)源，該基準(zhǔn)源芯片面積為180μm×220μm，最大消耗25μA靜態(tài)電流，溫度系數(shù)僅有5ppm/℃，電源噪聲衰減在沒(méi)有輸出濾波電容的情況下達(dá)到了70dB，線(xiàn)性調(diào)整率為0.47mV/V；針對(duì) CMOS電壓基準(zhǔn)源，提出了一種兼容數(shù)字CMOS工藝的高性能無(wú)電阻基準(zhǔn)源，該基準(zhǔn)占用面積為160μm×140μm，溫度系數(shù)為10.2ppm/℃，電源噪聲衰減高達(dá)58dB，最大電流消耗為27μA。
　　本文的研究基本覆蓋