《PWM降压型DC-DC开关变换器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PWM降压型DC-DC开关变换器设计（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 硕士学位论文 PWM 降压型 DC-DC 开关变换器的设计 DESIGN OF PWM STEP-DOWN DC-DC SWITCHING CONVERTER 冯子健 哈尔滨工业大学 2009 年 6 月 国内图书分类号：TN432 学校代码：10213 国际图书分类号：621.3 密级：公开 硕士学位论文 PWM 降压型 DC-DC 开关变换器的设计 硕 士 研 究 生 ： 冯子健 导 师 ： 来逢昌 副教授 申 请学位 ： 工学硕士 学科 ： 电气工程 所 在 单 位 ： 信息科学与工程学院 答 辩 日 期 ： 2009 年 6 月 授予学位单位 ： 哈尔滨工业大学 Classified
2、 Index: TN432 U.D.C: 621.3 Dissertation for the Master Degree DESIGN OF PWM STEP-DOWN DC-DC SWITCHING CONVERTER Candidate： Feng Zijian Supervisor： Associate Prof. Lai Fengchang Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Electrical Engineering Affiliation： School of Information Sc
3、ience and Engineering Date of Defence： June, 2009 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - I - 摘 要 随着电子技术与信息技术的飞速发展，便携式电子产品的种类越来越多，性能不断提高，对电源管理芯片的性能提出了更高的要求。目前的计算机设备和各种高效便携式电子产品的发展趋于小型化，这就要求与之配套的电源供电系统体积更小、重量更轻、效率更高。开关电源的核心部分就是电源管理芯片，因此，对于高性能电源管理芯片的研究具有重大的现实指导意
4、义。 本文设计了一款 5V-3.3V 的降压型 DC-DC 开关电源芯片。该芯片采用电压控制脉冲宽度调制(PWM)方法，并在芯片内部集成了功率开关管与整流管，极大地提高了芯片的效率，同时简化了外围电路。该芯片工作在1.5MHz 的高频率下，使外部器件的尺寸大大减小。本文介绍了开关电源的基本理论，对降压型电源的拓扑结构进行了理论分析，并且探讨了不同调制方式与控制方式的优缺点。根据 PWM 开关电源的原理和特点，合理地设计了各子电路，主要包括：带隙基准模块、误差放大器模块、PWM 比较器模块及斜坡发生器模块，以及过温、过流、欠压等保护电路模块。此外，本文详细阐述了功率开关管以及整流管的设计过程，并
5、给出了外围器件参数的选取方法。 采用华润上华(CSMC)0.5mCMOS 工艺模型以及 Spectre 和 Hspice 等EDA 仿真软件对电路进行了模拟仿真，仿真结果表明输入电压在 4.5V-5.7V变化时，输出电压可以很好的稳定在 3.3V，最大纹波电压为 25mV，最大负载电流为 550mA，在 4mA-550mA 的负载范围内效率达到 88%以上，在额定负载 400mA 下，转换效率达到 93%。仿真结果显示，各项指标都满足设计要求，完成了预期的目标。 关键词：DC-DC 开关电源；降压型；脉冲宽度调制(PWM)；电压控制 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - II - Abstrac
6、t With the rapid development of the electronic technology and communication technology, there is a variety of portable electronic devices, whose performance is to be improved continuously. So the power supply with higher performance is demanded. At present, all kinds of computer device and high effi
7、ciency portable electronic device tend to be miniaturization, so the power supply systems used in the devices are demanded to be smaller, lighter and higher-efficiency. The hardcore of a switching power supply is power management IC, and therefore the research of high performance power management IC
8、 is valuable to practical work. In the thesis, a 5V to 3.3V step-down DC-DC switching power supply is designed. Voltage-mode control pulse width modulation(PWM) is used to this IC system, and synchronous rectifier technology is also used. As the power MOSFET and synchronous rectifier are integrated
9、within the chip, the efficiency is improved extremely, and simultaneously simplify peripheral circuit. As the efficiency of this chip is high to 1.5 MHz, the dimension of external devices are much smaller. In this thesis, the basic theory of switching power supply is researched, and the topology str
10、ucture of BUCK circuit is analysed theoretically. The advantage and disadvantage of different modulation modes and control modes are discussed. Each sub-circuit is designed reasonably according to the principle and character of PWM switching converter, such as: bandgap reference, error amplifier, PW
11、M comparator, ramp generation module and so on, and protection module including over-temperature module, over-current module and under voltage module is designed to make the system normal. Moreover, the design course of power MOSFET and rectifier MOSFET is expatiated, and the method to choose extern
12、al devices is also given in this thesis. 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - III - The chip is fabricated with CSMC 0.5m CMOS process, and each module and whole system are designed with Cadence, and all the circuits are simulated with Spectre and Hspice. The output voltage stabilizes at 3.3V when the input voltage ch
13、anges from 4.5V to 5.7V, and the maximal ripple voltage is just 25mV. Maximal load current is 550mA, and the efficiency is high relatively in wide load range, and in rated load situation, the efficiency achieves 90%. The simulation result shows that a majority of the parameters satisfy design target
14、, and namely proleptic aim is accomplished. Keywords: DC-DC switching power supply, step-down, pulse width modulation, voltage-mode control 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - IV - 目 录 摘 要 . I Abstract . II第 1 章 绪论 . 1 1.1 电源管理芯片概述 . 1 1.2 开关电源的发展概况 . 3 1.2.1 开关电源技术现状 . 3 1.2.2 开关电源技术的发展趋势 . 5 1.3 本文的主要工作及所要完成的目标 . 7 第
