《高性能集成降压型dcdc设计技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高性能集成降压型dcdc设计技术研究（132页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西安电子科技大学博士学位论文 高性能集成降压型D C D C 设计技术研究 作者：王辉 导师：郭宝龙教授 学科：电路与系统 学位：工学博士 二零一一年四月 中国西安 1 I I l ll fI ll ll 1l lI ll lI II 19 5 8 6 9 6 R e s e a r c ho nt h eD e s i g nT e c h n i q u e so fH i g hP e r f o r m a n c e I n t e g r a t e dB u c kD C - - D C AD i s s e r t a t i o n S ub m i t t e dt oX
2、i d i a nU n i v e r s i t y i nP a r t i a lS a t i s f a c t i o no ft h eR e q u i r e m e n t s f o r t h eD e g r e eo f D o c t o ro fP h i l o s o p h y l n C i r c u i t sa n dS y s t e m W a n g H u i X i d i a nU n i v e r s i t y X i a n ，P R C h i n a A p t , 2 0 1 1 r 独创性声明 秉承学校严谨的学风和优良
3、的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印
4、件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 日期：丝丝：笸。翌 日期：刀玑多。髟 摘要 摘要 随着微电子技术以及半导体工艺的迅猛发展，电源管理类芯片已广泛应用于 通信网络、计算机以及汽车电子等诸多产品领域。近年来，集成D C D C 变换器的 高电压、高效率、快速响应、小体积使得其应用前景非常广阔。本文主要以电感 型D C D C 为主线，系统研究了D C D C 关键技术及其理论分析，
5、并针对D C D C 的 几个关键技术：高电压技术、高效率技术、快速响应技术和自适应技术，进行了 深入的分析与研究；根据应用环境的不同，分类设计了两种高压I C 芯片的内部基 准电路，实现了两种高电压条件下的应用和内部电路的调节；同时，根据影响 D C D C 效率的三种主要因素：静态损耗、开关损耗以及导通损耗，文中有针对性 分别提出了相应的解决方案，提高D C D C 的效率；其次针对D C D C 两种不同控 制环路，分类设计了提高两种环路响应速度的电路，实现负载快速瞬态响应的要 求；然后为了有效的减小上电时的过充现象，提出一种自适应软启动电路，用以 保护整个系统。最后将以上研究成果根据不
6、同场景，分别应用到不同条件下的 D C D C 变换器，以提高D C D C 的各种性能指标，并最终适应市场需求。 本文的主要研究工作以及贡献如下： 1 、针对电源输入范围较宽的I C 芯片，提出一款不需T r i m m i n g 调节，可快速启动 的高精度电压基准电路。该设计的思想是利用齐纳二极管的稳压特性，在电压基 准电路前设计一款1 几B U F F E R 缓冲电路和一快速启动电路，T T LB U F F E R 电 路，不仅展宽输入电压的范围，而且提高了电压基准的精度；快速启动电路的引 入大大提高了基准启动速度。 2 、针对高压芯片的功耗问题，提出一种新颖的片内高压转低压电源转
7、换方案。与 传统的片内电源转换方案不同，该方案直接利用带隙原理产生一个输出可调的基 准电压，并利用推挽输出增大基准输出的带载能力，使其可以作为高压I C 中的内 部电源，完成电源高低压的转换；同时设计了高阶温度补偿电路，保证了输出电 压的精度。 3 、为了减小静态损耗，提出了一种基于滤波器的无损耗电感电流采样电路。通过 设计超宽带宽的跨导运放使D C D C 可以工作在较高的开关频率下，从而抵消采样 电路中电感与电容的时常数对采样精度的影响。所设计的跨导放大器同时完成采 样电流信号的I 变换，将其通过交流耦合输入到P W M 求和比较器。与传统的电 感电流采样电路相比，该电路无直流损耗，可以应
8、用在大功率输出的I C 中。 4 、针对B u c k 型开关稳压器的不连续工作模式( D C M ) ，提出了一种新颖的负载电 流检测电路。该结构直接应用与负载电流变化几乎同步的同步管栅极驱动信号作 为“电流采样“ 信号，实现了负载平均电流的检测。有效的提高了开关电源整个 大学博士学位论文： 高性能集成降压型D C - D C 设计技术研究 工作在不连续电感电流模式( D C M ) 下会出现电感电流倒灌现 象，这种情况会使得系统的效率大幅度的下降。针对这一问题，设计实现了一款 电感电流过零检测电路。该电路利用失调电阻抵消同步管关断延迟，达到了快速 关断同步管的目的，有效的减小了电流倒灌现象
9、的发生。 6 、针对非线性控制环路中输出电压纹波大和频率不固定的问题，提出了一种新颖 A b s t r a c t A b s t r a c t W i mt h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h em i c r o e l e c t r o n i c sa n ds e m i c o n d u c t o rt e c h n o l o g y , t h e p o w e rm a n a g e m e n tc h i p sh a v e b e e nw i d e l y u s e di nt h ef i e l d
10、o fc o m m u n i c a t i o n n e t w o r k s ，c o m p u t e r s ，a u t o m o t i v e e l e c t r o n i c sa n dS Oo n I nr e c e n t y e a r s ，t h e c h a r a c t e r i s t i c ss u c ha st h eh i 曲- v o l t a g e ，h i g h e f f i c i e n c y , q u i c kr e s p o n s ea n ds m a l l v o l u m eo ft
11、 h ei n t e g r a t e dD C D Cc o n v e r t e r sh a v em a d et h ea p p l i c a t i o no ft h ep o w e r m a n a g e m e n tc h i p sb e c o m ean e wt r e I l d T h i sp a p e ri sm a i n l yf o c u s e do nt h es t u d yo f t h ei n d u c t i v eD C - D C 1 1 1 ek e yt e c h n o l o g yo fD C -
12、D Ca n di t st h e o r e t i ca n a l y s i sa r e p r e s e n t e d a n dc e r t a i nt e c h n o l o g i e sh a v eb e e nd e e p l yr e s e a r c h e ds u c ha s t h e h i g h - v o l t a g e ，h i g h - e f f i c i e n c y , r a p i dr e s p o n s e a n ds e l f a d a p t i v et e c h n o l o g y
13、 B y c o n n e c t i n g 、航t l l d i f f e r e n t h i g h - v o l t a g e c o n v e r t e r su n d e rd i f f e r e n t a p p l i c a t i o n e n v i r o n m e n t s ，t w ok i n d so fi n t e r n a lr e f e r e n c ec i r c u i t si nI Cc h i p su n d e rd i f f e r e n t h i g h - v o l t a g ea p
14、 p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t sa r ed e s i g n e d ，t h u sr e a l i z i n gt h ea p p l i c a t i o n sa n d t h ei n t e r n a lr e g n l m i o nu n d e rt w od i f f e r e n th i g hv o l t a g ec o n d i t i o n s M e a n w h i l e ， c o n s i d e n n gt h et h r e em a i nf a c t o r
15、 s ：s t a t i cl o s s e s ，s w i t c h i n gl o s s e sa n dc o n d u c t i o nl o s s e s w h i c ha f f e c t st h eD C - D Ce f f i c i e n c y , c o r r e s p o n d i n gs o l u t i o n sa r ep r o p o s e dt op r o m o t e t h eD C D Ce f f i c i e n c ys y s t e m a t i c a l l y S e c o n d
16、l y , a i m i n ga tt h et w od i f f e r e n tD C - D C c o n t r o ll o o p s ，t w of a s tt r a n s i e n tr e s p o n s ec i r c u i t sa r ed e s i g n e dt or e a l i z et h e r e q u i r e m e n t so f t h ef a s tt r a n s i e n tr e s p o n s eu n d e rd i f f e r e n ta p p l i c a t i o ns c e n a r i o s T h i r d l y , i no r d e rt or e d u c et h eo v e r c h a r g ep h e n o m e n o nd u r i n gt h ec h a r g i n gp r o c e s s ，ak i n do f s o f
