高性能集成降壓型DC-DC設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)以及半導(dǎo)體工藝的迅猛發(fā)展,電源管理類芯片已廣泛應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)以及汽車電子等諸多產(chǎn)品領(lǐng)域。近年來(lái),集成DC-DC變換器的高電壓、高效率、快速響應(yīng)、小體積使得其應(yīng)用前景非常廣闊。本文主要以電感型DC-DC為主線,系統(tǒng)研究了DC-DC關(guān)鍵技術(shù)及其理論分析,并針對(duì)DC-DC的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù):高電壓技術(shù)、高效率技術(shù)、快速響應(yīng)技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù),進(jìn)行了深入的分析與研究；根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同,分類設(shè)計(jì)了兩種高壓IC芯片的內(nèi)部基準(zhǔn)電路,

2、實(shí)現(xiàn)了兩種高電壓條件下的應(yīng)用和內(nèi)部電路的調(diào)節(jié)；同時(shí),根據(jù)影響DC-DC效率的三種主要因素:靜態(tài)損耗、開關(guān)損耗以及導(dǎo)通損耗,文中有針對(duì)性分別提出了相應(yīng)的解決方案,提高DC-DC的效率；其次針對(duì)DC-DC兩種不同控制環(huán)路,分類設(shè)計(jì)了提高兩種環(huán)路響應(yīng)速度的電路,實(shí)現(xiàn)負(fù)載快速瞬態(tài)響應(yīng)的要求；然后為了有效的減小上電時(shí)的過(guò)充現(xiàn)象,提出一種自適應(yīng)軟啟動(dòng)電路,用以保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。最后將以上研究成果根據(jù)不同場(chǎng)景,分別應(yīng)用到不同條件下的DC-DC變換器,以提

3、高DC-DC的各種性能指標(biāo),并最終適應(yīng)市場(chǎng)需求。
　　 本文的主要研究工作以及貢獻(xiàn)如下:
　　 1、針對(duì)電源輸入范圍較寬的IC芯片,提出一款不需Trimming調(diào)節(jié),可快速啟動(dòng)的高精度電壓基準(zhǔn)電路。該設(shè)計(jì)的思想是利用齊納二極管的穩(wěn)壓特性,在電壓基準(zhǔn)電路前設(shè)計(jì)一款TTL_BUFFER緩沖電路和一快速啟動(dòng)電路,TTL_BLIFFER電路,不僅展寬輸入電壓的范圍,而且提高了電壓基準(zhǔn)的精度；快速啟動(dòng)電路的引入大大提高了基準(zhǔn)啟動(dòng)速

4、度。
　　 2、針對(duì)高壓芯片的功耗問(wèn)題,提出一種新穎的片內(nèi)高壓轉(zhuǎn)低壓電源轉(zhuǎn)換方案。與傳統(tǒng)的片內(nèi)電源轉(zhuǎn)換方案不同,該方案直接利用帶隙原理產(chǎn)生一個(gè)輸出可調(diào)的基準(zhǔn)電壓,并利用推挽輸出增大基準(zhǔn)輸出的帶載能力,使其可以作為高壓IC中的內(nèi)部電源,完成電源高低壓的轉(zhuǎn)換；同時(shí)設(shè)計(jì)了高階溫度補(bǔ)償電路,保證了輸出電壓的精度。
　　 3、為了減小靜態(tài)損耗,提出了一種基于濾波器的無(wú)損耗電感電流采樣電路。通過(guò)設(shè)計(jì)超寬帶寬的跨導(dǎo)運(yùn)放使DC-DC可以

5、工作在較高的開關(guān)頻率下,從而抵消采樣電路中電感與電容的時(shí)常數(shù)對(duì)采樣精度的影響。所設(shè)計(jì)的跨導(dǎo)放大器同時(shí)完成采樣電流信號(hào)的I/V變換,將其通過(guò)交流耦合輸入到PWM求和比較器。與傳統(tǒng)的電感電流采樣電路相比,該電路無(wú)直流損耗,可以應(yīng)用在大功率輸出的IC中。
　　 4、針對(duì)Buck型開關(guān)穩(wěn)壓器的不連續(xù)工作模式(DCM),提出了一種新穎的負(fù)載電流檢測(cè)電路。該結(jié)構(gòu)直接應(yīng)用與負(fù)載電流變化幾乎同步的同步管柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為“電流采樣”信號(hào),實(shí)現(xiàn)了負(fù)

6、載平均電流的檢測(cè)。有效的提高了開關(guān)電源整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的效率。
　　 5、Buck型DC-DC工作在不連續(xù)電感電流模式(DCM)下會(huì)出現(xiàn)電感電流倒灌現(xiàn)象,這種情況會(huì)使得系統(tǒng)的效率大幅度的下降。針對(duì)這一問(wèn)題,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款電感電流過(guò)零檢測(cè)電路。該電路利用失調(diào)電阻抵消同步管關(guān)斷延遲,達(dá)到了快速關(guān)斷同步管的目的,有效的減小了電流倒灌現(xiàn)象的發(fā)生。
　　 6、針對(duì)非線性控制環(huán)路中輸出電壓紋波大和頻率不固定的問(wèn)題,提出了一種新穎的非線