24V輸入，寬輸出范圍，高效Buck DC-DC Converter設(shè)計.pdf

1、本文介紹的是一款高壓DC—DC轉(zhuǎn)換器項目的電路和版圖設(shè)計，這款芯片的輸入電壓范圍是5．5～24V，輸出范圍是1．2V～VDD·90％。 文章對DC—DC芯片設(shè)計的流程進行了總結(jié)，依次介紹了項目設(shè)計當(dāng)中的各個階段。第一部分是DC—DC的基本工作原理；第二部分介紹電路的行為模型以及頻域分析；第三部分是電路設(shè)計階段；第四部分則是版圖設(shè)計的注意事項。電路仿真結(jié)果滿足了項目的各項要求，版圖已經(jīng)流片。 在控制模式方面，這款芯片的設(shè)計

2、使用了PWM/PFM雙模式的DC—DC控制，其中的PFM調(diào)制方式中采用了獨創(chuàng)的最小占空比限制的方法實現(xiàn)。這種PFM控制模式之下，每個脈沖的占空比都大于等于一個固定的占空比。如果輸出電流過小，輸出電壓就會上升。輸出電壓過高的時候時鐘脈沖就被屏蔽。利用這種工作模式，在每幾個周期中才會有一個脈沖，因此可以實現(xiàn)PFM調(diào)制。這種調(diào)制方式的優(yōu)勢在于功耗則比PWM模式明顯降低的同時，可以保持很小的紋波。 另外在頻域分析部分，我們搭建了一個DC

3、—DC的獨創(chuàng)頻域仿真平臺，這個平臺采用電流平均化模型的建模方法，可以直接代入電路中的負載和模擬模塊，對DC—DC系統(tǒng)的環(huán)路增益和相位裕度進行分析。利用這個模型，我們對這款DC—DC芯片頻率補償進行了設(shè)計和仿真，并最終得到使環(huán)路穩(wěn)定的補償參數(shù)。 本文在電路設(shè)計階段中設(shè)計了最小占空比產(chǎn)生模塊。PWM和PFM切換的電流點由最小占空比確定，為此最小占空比要于PWM穩(wěn)定狀態(tài)的占空比一同變化。這個模塊生成的最小占空比與輸出電壓成正比，與輸入

4、電壓成反比。PWM占空比也是于輸入電壓成反比，與輸出電壓成正比，因此最小占空比和PWM的穩(wěn)定占空比在不同的輸入輸出電壓下都很接近。 設(shè)計了斜波補償電流產(chǎn)生模塊，該模塊生成的斜波補償電壓和輸出電壓成正比，在輸出電壓大幅變化的情況下可以保證PWM環(huán)路的穩(wěn)定。 最后，本文介紹了高壓版圖設(shè)計的一些方法和注意事項。 本次設(shè)計采用TSMC0．6um40V BCD工藝，Cadence Spectre仿真器。芯片在預(yù)定的輸入輸出