內(nèi)嵌LDO的電流型PWM DC-DC變換器研究.pdf

1、便攜式電子產(chǎn)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(xiàn)性電源系統(tǒng)無(wú)論從體積、效率、性能以及可靠性等各方面均已無(wú)法適應(yīng)要求，而開(kāi)關(guān)電源以其體積小、重量輕、損耗小、效率高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代傳統(tǒng)線(xiàn)性電源，成為便攜式電子產(chǎn)品電源的主流產(chǎn)品。 DC-DC變換器作為開(kāi)關(guān)電源的核心是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。DC-DC變換器技術(shù)結(jié)合了DC-DC變換器理論、集成電路設(shè)計(jì)和功率半導(dǎo)體器件技術(shù)等相關(guān)學(xué)科知

2、識(shí)。本文嘗試首先從系統(tǒng)的角度對(duì)變換器相關(guān)理論進(jìn)行分析和研究，然后用所得到的研究結(jié)果來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)了一款便攜式應(yīng)用的內(nèi)嵌低壓差(Low Dropout，LDO)線(xiàn)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(duì)DC-DC變換器的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和研究，詳細(xì)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(duì)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(diǎn)進(jìn)行了認(rèn)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(duì)幾種建模方法進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，采用狀態(tài)空間平均法對(duì)工作于連續(xù)導(dǎo)通模式下的DC-DC降壓變換器和升壓變換器進(jìn)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(xiàn)性等效電路模型，推導(dǎo)了傳遞函數(shù)，分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并由此得

4、出不依賴(lài)于電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的DC-DC變換器一般等效電路模型和廣義的傳遞函數(shù)，為DC-DC變換器環(huán)路的設(shè)計(jì)及保證系統(tǒng)穩(wěn)定性提供了理論依據(jù)，并在后續(xù)章節(jié)中據(jù)此設(shè)計(jì)了頻率補(bǔ)償電路和斜坡補(bǔ)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(wèn)題。 第三，在分析了DC-DC變換器中開(kāi)關(guān)噪聲產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，建立了PWM DC-DC變換器的開(kāi)關(guān)噪聲模型；提出了在芯片設(shè)計(jì)中如何降低開(kāi)關(guān)噪聲以及在DC-DC變換器系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)抑制開(kāi)關(guān)

5、噪聲的一些措施。 第四，設(shè)計(jì)了一款內(nèi)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(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)三個(gè)白光二極管，并可進(jìn)行PWM調(diào)光，內(nèi)部還集成了數(shù)字接口電路和5位DAC，可提供精確的數(shù)字調(diào)光。芯片中嵌入的LDO，可作為第二個(gè)輸出端，提供具有高精度、低紋波的輸出電壓，這在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。芯片中還針對(duì)不同的子模塊電路，采取了一些新穎的電路結(jié)構(gòu)，確保電路具有較高的性能。如在帶隙電壓基準(zhǔn)電路中，采用溫度補(bǔ)償