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1、装订线 毕业设计（论文）说明书毕业设计(论文)任务书课题名称便携式电子设备电源管理芯片的研究系 别自动化专业班级 姓 名学 号毕业设计（论文）的主要内容及要求:1 意义、目的：对便携式电子设备的电源管理芯片进行研究，为便携式电子设备的电源系统的设计与应用提供参考。2 主要内容：文献综述、进行方案比较、了解应用软件及编程设计过程、具体硬件设计、仿真数据整理与结果分析、撰写毕业设计（论文）与翻译、答辩3 要求：计对便携式电子设备的电源管理芯片的硬件部分进行设计，在系统中研究电源管理芯片构成与系统应用等技术。侧重于系统的硬件设计实现。8篇以上参考文献，英文资料不少于2篇，并且将其中的1篇翻译成中文，
2、5000字以上。论文正文30-60页。指导教师签字： 日期： 年 月 日I装订线 毕业设计（论文）说明书摘要 本文针对便携式电子设备电源管理芯片做了研究和设计。首先，介绍了三种实现 将电池电量或其他电能转换成恒定电压或恒定电流输出的方法：DC-DC转换器、电荷泵电压变换器、LDO线性稳压器，并且做了对比研究。然后，重点研究LDO线性稳压器。先对LDO进行了基础理论研究，分析了频率补偿、压差、瞬态响应、线性调整率、负载调整率等各项关键性能指标。在此基础上，提出了一种增益高，并增加了快速反馈环路的LDO线性稳压器。运用SRE技术，进一步提高了瞬态响应的性能。最后，对本芯片的高增益误差放大器和快速环
3、路设计以及SRE电路做了软件仿真，仿真结果表明，输出电压的线性调整率和负载调整率均得到改善。关键词：双模式DC-DC转换器；LDO线性调整器；平均化建模IIAbstract This paper do the research and design in view of the portable electronic devices power management chips. First, introduced three kinds of realization of the battery power or other will transform electrical energy
4、constant voltage or constant current output methods: DC-DC converter, the charge pump voltage converter, LDO linear regulator, and do a comparative study. Then, the paper regard researching LDO linear regulator as the key. First, research the LDO basic theory, analyzes the frequency compensation, di
5、fferential pressure, transient response, linear adjust rate, load adjusting the key performance index rate, etc. Based on this, puts forward a gain high, and the rapid increase of the feedback loop LDO linear regulators. Use SRE technology, and to further improve the performance of the transient res
6、ponse. Finally, take the highly Err.amp and fast loop SRE circuit design to the software simulation, the simulation results show that the output voltage of the linear adjustment rate and the load rate adjustment is improved. Keywords ：Dual-mode DC-DC converter；LDO linear regulator；Averaged modelIII目
7、录1. 绪论11.1 课题背景11.2 电源管理芯片的发展与研究现状31.3 研究内容41.3.1 DC-DC转换器的介绍41.3.2 电荷泵电压变换器的介绍41.3.3 针对LDO的研究与设计41.4 论文组成和安排52. 便携式电子设备电源管理芯片基础62.1 DC-DC转换器基础62.1.1 降压型DC-DC转换器拓扑结构72.1.2 DC-DC转换器的调制方式102.1.3 DC-DC转换器的控制环路102.2 电荷泵电压变换器基础122.2.1 电荷泵转换器的工作原理142.2.2 电荷泵转换器的基本概念162.3 便携式设备用LDO基础192.3.1 LDO线性稳压器基础202.3
8、.2 LDO基本的频率补偿方法212.3.3 LDO的压差252.3.4 瞬态响应262.3.5 负载调整率272.3.6 线性调整率272.4小结283. LDO线性稳压器的系统设计313.1 LDO线性稳压器的电路设计333.1.1误差放大器333.1.2 短路及电流限制电路363.1.3 SRE电路383.2 LDO线性稳压器的仿真393.3 结论424.总结43致谢44主要参考文献45Iv1. 绪论近年来，手机、笔记本电脑、PDA等以电池供电的便携式电子产品迅速成为了人们日常生活中不可或缺的部分。这些便携式产品在功能、性能、体积和成本等方面的提高与改进日新月异，这就对依赖电池电源的便携
9、式设备中至关重要的电源管理系统的要求越来越高。优秀的电源管理系统能提高电池供电效率、延长电池供电时间、提高电池使用寿命。本论文的研究目的，即是对便携式电子设备电源管理核心部分电源管理芯片做一个简单的研究与探索。本章将首先介绍论文的课题背景，接着对DC-DC转换器，LDO线性稳压器，电荷泵电压变换器的发展和研究现状做简单概述，并以此引出本文的研究内容；接着给出整片论文的组成结构。1.1 课题背景近几年来，随着诸如手机、数码相机、数字音乐播放器、手持医疗仪器等便携式电子设备的广泛应用，电池与电源管理半导体产品成为半导体领域的市场热点之一，其增长趋势也高于半导体整体市场的发展速度，甚至超过了数字信号
10、处理器(Digital Signal Processor,DSP)和存储器等半导体产品的增长速度。据估计，从2004年至2010年，每年电源销售额以15%的幅度增长，到2010年全球整个电池与电源管理市场达到近120亿美元的销售额。中国大陆作为全球最大的芯片消费市场，从2003到2007年，市场复合增长率达到了25%，到2009年，中国电池与电源管理市场达到了582.6亿元1。图1-1 按应用划分的全球电池与电源管理市场 在应用需求方面，从图1-1可看出，以下几个重要领域对电池与电源管理的需求尤甚1：(1) 通信领域，尤其是移动通讯目前对电池与电源管理的需求最为强劲；(2) 消费类电子产品，如
11、MP3，MP4、数码相机等，这部分市场份额在逐年递增，甚至有赶超通讯领域的势头；(3) 计算机领域，这虽然是传统领域，但近年来随着笔记本电脑市场的快速发展，使得该领域对电池与电源管理的需求日益增强；(4) 汽车电子，目前这部分的市场份额虽不及前面三项，但在最近两年，却取得了超过40%的高增长率，随着混合动力汽车和电动力汽车的兴起，汽车电子类电池与电源管理芯片市场将是发展最快的领域2；(5) 工业运用。另一方面，从区域划分来看，亚太地区的需求量一直稳居首位，远高于其他区域。电池与电源管理芯片产品可划分为两大类：(1) 管理、保护电池的电池管理类产品，包括电池监测和保护芯片、电池充电器芯片等；(2
12、) 将电池电量或其他电能转换成恒定电压或恒定电流输出的电源管理类产品，包括直流-直流转换器(DC-DC Converter )，低压差线性稳压器(Low-dropout Linear Regulator, LDO )、发光二极管(Light-emitting Diode，LED )驱动器、电源管理单元( Power Management Unit，PMU)等。电池管理芯片市场有两大发展潮流，一是由于锂离子电池的应用普及，专门针对锂离子电池的保护芯片具有极高的成长性和市场前景，因此也成为了工业界和学术界的研究热点；二是近年来，随着锂离子电池制造技术的提高和生产成本的下降，多节锂离子电池组已经广泛
13、应用于笔记本电脑、移动通讯基站、电动力汽车等军民领域3，尤其因为大众对电动力汽车的呼声越来越高，使多节锂离子电池组管理芯片的研究和开发成为了必然的流行趋势。从市场的发展来看，单节锂离子电池保护芯片由于技术门槛较低，生产厂商众多，已基本没有利润空间，且发展得亦已较为成熟，因此很多厂商都转向到多节锂离子电池组管理芯片的开发中。在多节锂离子电池组管理芯片的研究中，也存在着诸多难点、诸多挑战，这也正给工业界和学术界提供了重大机遇。 近几年随着电池技术的飞速发展，锂离子电池已不仅应用于只需单节电池的民用便携式电子设备，例如手机，数码相机，MP3等，还应用在需要多节电池组供电的笔记本电脑、航空航天设备、移
14、动通讯基站、电动力汽车等民用、军事和工业领域。电池保护芯片也从针对单节电池发展到管理多节电池。 总的来说，电池保护芯片的发展方向，是将进一步提高电压检测的精度、降低静态功耗和提高防止误动作的能力。在封装方面，是朝向越来越轻薄短小发展，目前SON6封装已逐渐替代SOT23-6，将来还有CSP封装，甚至出现COB产品等。在功能方面，根据不同应用而开发出某种单一功能的电池保护芯片，因为可以大大降低成本，也逐渐成为一个发展方向。当然，同电池充电器芯片及稳压器芯片集成在一起是不变的目标和潮流。在电源管理类产品方面，为了应对不同的需求，其产品种类众多。而从市场的发展来看，虽然LDO和DC-DC转换器是电池与电源管理芯片市场上份额最大的两类产品，但由于参与竞争厂商较多，价格持续下降，而导致发展速度明显放缓3。同时由于手机等便携式产品的大量需求，使得PMU和电池管理芯片一起成为了2007年中国电池与电源管理芯片市场上增长最快的两种产品
