內嵌LDO的電流型PWM DC-DC變換器研究.pdf

1、便攜式電子產品要求其電源具有更小體積(高功率密度)、高可靠、高效率和更低的成本。顯然，傳統(tǒng)的線性電源系統(tǒng)無論從體積、效率、性能以及可靠性等各方面均已無法適應要求，而開關電源以其體積小、重量輕、損耗小、效率高、應用范圍廣等優(yōu)點，逐漸取代傳統(tǒng)線性電源，成為便攜式電子產品電源的主流產品。 DC-DC變換器作為開關電源的核心是當前研究的熱點之一。DC-DC變換器技術結合了DC-DC變換器理論、集成電路設計和功率半導體器件技術等相關學科知

2、識。本文嘗試首先從系統(tǒng)的角度對變換器相關理論進行分析和研究，然后用所得到的研究結果來指導設計了一款便攜式應用的內嵌低壓差(Low Dropout，LDO)線性穩(wěn)壓器的恒流高頻同步整流升壓式DC-DC變換器芯片。 首先，從系統(tǒng)的角度對DC-DC變換器的工作原理和關鍵技術進行了分析和研究，詳細介紹了PWM (Pulse-Width Modulation)、PFM(Pulse-Frequency Modulation)、PWM-PFM

3、及PSM(Pulse-Skip Modulation)幾種不同的工作模式，并對電流控制、電壓控制、電荷控制和V2等不同控制方案的優(yōu)缺點進行了認真比較和論證，選定了本芯片采用電流型PWM控制方案。 其次，在對幾種建模方法進行比較的基礎上，采用狀態(tài)空間平均法對工作于連續(xù)導通模式下的DC-DC降壓變換器和升壓變換器進行了建模分析，得出了兩種DC-DC變換器在連續(xù)工作模式下的線性等效電路模型，推導了傳遞函數，分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并由此得

4、出不依賴于電路拓撲結構的DC-DC變換器一般等效電路模型和廣義的傳遞函數，為DC-DC變換器環(huán)路的設計及保證系統(tǒng)穩(wěn)定性提供了理論依據，并在后續(xù)章節(jié)中據此設計了頻率補償電路和斜坡補償電路，解決了電流型PWM DC-DC升壓變換器的不穩(wěn)定和次諧波振蕩問題。 第三，在分析了DC-DC變換器中開關噪聲產生原因的基礎上，建立了PWM DC-DC變換器的開關噪聲模型；提出了在芯片設計中如何降低開關噪聲以及在DC-DC變換器系統(tǒng)應用時抑制開關

5、噪聲的一些措施。 第四，設計了一款內嵌LDO的電流型PWM DC-DC同步整流升壓變換器芯片。它可作為恒流LED驅動器，驅動三個白光二極管，并可進行PWM調光，內部還集成了數字接口電路和5位DAC，可提供精確的數字調光。芯片中嵌入的LDO，可作為第二個輸出端，提供具有高精度、低紋波的輸出電壓，這在國內處于領先水平。芯片中還針對不同的子模塊電路，采取了一些新穎的電路結構，確保電路具有較高的性能。如在帶隙電壓基準電路中，采用溫度補償