高效具有降頻保護(hù)的Buck型DC-DC變換器XD1401的設(shè)計.pdf

1、人類歷史發(fā)展至今經(jīng)歷了巨大的進(jìn)步，在社會飛速發(fā)展的同時各行業(yè)對能源的消耗也逐漸增加。一方面，人們希望采用新技術(shù)、新原理來推動經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，追求高的GDP數(shù)值。另一方面，人們又希望盡可能的節(jié)約能源，以追求經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。這樣在社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源節(jié)約之間就存在一個矛盾，必須在兩者之間進(jìn)行折中。因此，今天的社會人們愈發(fā)注重能源的節(jié)約?；谝陨显?，在便攜式電子產(chǎn)品的市場中，低成本、高性能、高效率、小尺寸的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)也日益受到消費(fèi)者的青

2、睞。因其高效、節(jié)能、穩(wěn)定的特性，開關(guān)電源在便攜式電子產(chǎn)品市場中占據(jù)越來越重的份額，性能優(yōu)越的電源管理芯片在人們的日常生活中隨處可見。在這樣的環(huán)境背景之下，結(jié)合平時在實(shí)驗(yàn)室所做的科研項(xiàng)目，本文設(shè)計了一款高效具有降頻保護(hù)的降壓型DC-DC變換器芯片。
　　本文首先從開關(guān)電源的起源與發(fā)展過程入手并結(jié)合時代背景，詳細(xì)分析了選擇本課題的深遠(yuǎn)意義和經(jīng)濟(jì)價值。隨后，在深刻理解開關(guān)電源變換器基本理論的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)介紹了DC-DC變換器三種基本的拓

3、撲結(jié)構(gòu)及各自的工作原理，給出了不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同工作模式各點(diǎn)的電壓、電流波形。進(jìn)而結(jié)合平時所接觸的項(xiàng)目，細(xì)致深刻的論述了降壓型變換器的控制方法及反饋控制方式。其次，根據(jù)目前市場的需求，給出了本文所設(shè)計芯片的電氣特性和最終的性能指標(biāo)。然后，深入闡述了系統(tǒng)的功耗、穩(wěn)定性、效率的提高以及各種保護(hù)措施。最后，借助于電路仿真軟件，對所設(shè)計芯片的整體性能指標(biāo)進(jìn)行了后期驗(yàn)證。設(shè)計中在芯片內(nèi)部增加了箝位模塊，當(dāng)誤差放大信號（EA_out3）小于1.5V時

4、，PWM比較器的一個輸入端等于誤差放大信號。當(dāng)EA_out3>1.5V時，箝位模塊將PWM比較器的這個輸入端箝位在1.5V，有效避免了驅(qū)動信號低電平時間過長而損壞功率管。此款芯片整個工作過程不僅僅工作于某一種控制模式，而是芯片根據(jù)輸出負(fù)載的大小，使自身在PWM（iout>100mA）和睡眠模式（iout<100mA）之間自動轉(zhuǎn)換，從而使系統(tǒng)在輕載情況下的靜態(tài)電流減小為正常模式時的1/9，有效提高了芯片的轉(zhuǎn)換效率。并且，在睡眠模式下芯片通

5、過邏輯模塊的控制使主開關(guān)管停止工作，減小了管子的損耗。文中為了防止系統(tǒng)輸出短路時負(fù)載電流失控，芯片內(nèi)部采用了頻率折返技術(shù)，在項(xiàng)目原有電路的基礎(chǔ)上設(shè)計了電流可變電路，此電路根據(jù)輸出電壓的大小產(chǎn)生控制振蕩器頻率的電流信號，當(dāng)芯片輸出短路或輸出電壓過低（VFB<0.2V）時，通過減小振蕩器模塊的充放電電流，動態(tài)的控制系統(tǒng)的工作頻率從1.5MHz降低到最小為390kHz。芯片中還運(yùn)用了先進(jìn)的同步整流技術(shù)，很大程度上減小了整個芯片不必要的功耗，從