一款電流模同步升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器XD1407的設(shè)計.pdf

1、本論文以設(shè)計高性能芯片為目標(biāo)，結(jié)合當(dāng)前需求，在以西安電子科技大學(xué)的科研項目“電源管理類集成電路關(guān)鍵技術(shù)的理論研究與設(shè)計”的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一款DC-DC轉(zhuǎn)換器XD1407。
　　論文首先對開關(guān)電源進(jìn)行了介紹，然后結(jié)合當(dāng)前市場情況，分析了開關(guān)電源的核心組成部分DC-DC轉(zhuǎn)換器的重要性及發(fā)展趨勢；接著詳細(xì)闡述了直流轉(zhuǎn)換器的基本理論知識和工作過程，并對升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制方式及效率進(jìn)行了仔細(xì)研究，結(jié)合本芯片的特點，選取合適的控制方

2、式即電流模式，同時提出了提高效率的解決方案；然后對芯片XD1407整體架構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計，針對該芯片的環(huán)路穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)性建模，推導(dǎo)了該芯片在工作時的零極點位置，并對本芯片的穩(wěn)定性作出了仿真驗證；繼而對芯片XD1407的關(guān)鍵模塊進(jìn)行電路設(shè)計與仿真驗證，驗證結(jié)果均符合設(shè)計要求；本論文的最后一章是對芯片XD1407整體電路仿真結(jié)果的介紹。
　　升壓型XD1407的工作頻率為500kHz，固定不變，采用峰值電流模式控制，內(nèi)置功率開關(guān)管

3、和同步整流管，使其在應(yīng)用時外圍電路簡單化，節(jié)省PCB面積；XD1407工作電壓范圍為2.5V-5V，在該工作范圍內(nèi)峰值電流為8A，帶載能力可以達(dá)到5A；芯片內(nèi)部設(shè)計了軟啟動電路，有效防止了因輸出電壓或電感電流的過沖對芯片造成的損害；XD1407有兩種工作模式即PWM模式和輕負(fù)載模式，當(dāng)負(fù)載較小時，通過檢測電感電流信息判斷該芯片工作于輕負(fù)載模式，該模式下芯片在連續(xù)工作幾個周期后，可進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠期間，主開關(guān)管和同步管都不能導(dǎo)通，將芯片

4、內(nèi)部大部分模塊關(guān)斷，使芯片的靜態(tài)電流降低，減小到55uA，此時導(dǎo)通損耗及開關(guān)損耗可以幾乎為零，輸出電壓開始下降。電路中通過檢測反饋電壓FB來控制輸出電壓的下降量，利用高精度比較器輸出脈沖控制信號，通過邏輯電路的處理后控制芯片退出休眠狀態(tài)，如此反復(fù)工作；隨著負(fù)載的逐漸增大，電感電流隨之升高，該芯片轉(zhuǎn)換為PWM工作模式，兩種工作模式之間可平滑切換，保證該芯片在整個負(fù)載范圍內(nèi)均可以得到較高的轉(zhuǎn)換效率，同時具有較小的輸出電壓紋波；通過對升壓型D

5、C-DC轉(zhuǎn)換器的仔細(xì)研究，然后結(jié)合理論知識進(jìn)行建模分析，確定該芯片的頻率補(bǔ)償方案，通過調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，利用仿真軟件選擇合適的帶寬頻率和相位裕度，使系統(tǒng)環(huán)路可以穩(wěn)定工作。XD1407內(nèi)部同時設(shè)計了多種保護(hù)機(jī)制，使芯片在輸入電壓較低、過高溫度和過高電壓等條件下不被損壞。
　　XD1407基于某公司的0.35uM CMOS工藝，利用Cadence軟件進(jìn)行仿真驗證，確保仿真結(jié)果在不同的器件模型，不同電源以及溫度下均可達(dá)到設(shè)計要求。仿真驗證的