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1、东南大学硕士学位论文降压型DC-DC中自适应斜坡补偿电路的设计姓名：薛彦红申请学位级别：硕士专业：集成电路设计指导教师：吴金20090409摘要摘要电流模DC.DC开关电源冈其响应速度快、稳定性高、增益带宽大等特点而 得到广泛的应用。加入斜坡补偿可以改善峰值电流模在占空比大于5 0%时存在的 系统开环不稳定性，但是过补偿量会导致系统的带载能力大大降低，甚至由电流模 系统退化为电压模，因此需要取合适的补偿量。在这一背景下，本文设计了一款基 丁自适应斜坡补偿电路的降压型DC.DC转换器，输入电压Vi。范围为 2.55.5V，输出电压Vo范同为V他rVi n，采用PWM/PFM切换 控制，PWM信号
2、工作频率为1 .2MHz。斜坡补偿的补偿量很重要，它关系到系统带载能力的大小，文中对分别加入分 段线性斜坡补偿和具有二次特性的自适应斜坡补偿在不同占空比区间进行仿真比 较，并且对这两种补偿电路波形进行分析和对比，通过分析比较，选择具有二次特 性的自适应斜坡补偿进行补偿。在完成系统和电路设计的基础上，对具有二次特性的自适应斜坡补偿模块进行 版图的规划和布局，运用Cadence的Virtuoso软件完成版图设 计并对版图进行DRC、LVS设计规则检查。采用CSMC0.5 9mCMOS工艺，用Cadence对系统的各种特性 进行仿真验证。首先验证系统的静态特性，可驱动的最大负载为5 0 0 mA .
3、输出 电压最小值为1 .2V，最高可达Vin,输出电压纹波的最大值为14mV ;其 次，验证系统的动态特性，系统的动态响应时间在6 0 9 s左右，输出电压变化的 最大值为11 0mV :对负载调整率进行仿真，验证了系统具有良好的负载调整 率：整个系统的峰值切换电流为14 0mA，负载切换电流为4 0mA左右。关键 词；斜坡补偿，转换效率PWM/PFM自动切换，纹波，版图AbstractAbstractCurrent ? modeDC DCswitchingpowerhas gainedawiderangeofapplicationsbecaus eofitscharacteristicsof
4、fastresponse， highstability，andlargegain bandwidt h.AddingslopecompensationCallsolveth einstabilityofopenloopsysteminthepe akcurrentmode，whichoccurswhentheduty cycleismorethan50%.Buttheovercompens ationwillgreatlyreducetheloadcarryin gcapacityofthesystem，oreventurnsinto avoltage modesystem.Therefore
5、.theapp ropriatecompensationneedstobeconside r edtot,abuspapeoltag adaptileth fingPW nalislatedionof ops &rinear nwithasedt ofthe thetedaptives cindiffe isofthec entcircu fquadratlopecomp rentduty ompariso itwavefo icselfaensatio cycle.B nresult rms,and daptivecompensationisselected.onavoidsuchissue
6、.Inthiscontex ckDCDCconverterisdesignedinthi rbasedcompensationcircuit.Theinputv eVinofthenewlydesignedconverter ivefromslopetoranges2.5V5.5V,wh eoutputvoltageVoturnsbetweenVreoperatingfrequencyofandVin,us M/PFMSwitchingContrOl.ThePWMsig 1.2MHz.isveryimportant,itiscloselyre totheloadcarryingcapacity
7、Theandselfamountofslopecompensat thesystem.Differentthecurrentlo ecomparedbetweenusingpiecewisel slopeoncompensationslopea quadrati heanalys irdiffer chniqueoAftercompletionplacemBoostBuck.BoostCu k等可以实现降压、升压、升降压和电压翻转等功制5 1,如下图1.1.1所 示：图1.1 .1、DC.DC开关电源拓扑结构DC.DC电源变换器是应用于电子设备中的一种重要结构，它以其不可替代 的作用稳固地占据
8、电源管理IC市场的一席，但是要进一步适应现今电子设备日新 月异的发展，还需要不断改进其性能及可靠性【6.7J。而且随着便携式电子产 品的发展，对电源的要求也越来越高，尤其是对高可靠性和快速动态响应的追求。 开关电源使用的电容、电感以及功率MOS等元器件其寿命决定了开关电源的寿 命。同时具备良好的线性调整率和快速的输入输出动态响应。在系统结构方面采用 电流模控制方式，引入电流反馈，改造系统的开环频率特性，电压环的开环传递函 数不再有低频共轭极点，频率特性曲线也没有高的谐振峰，电压环可选较高的开环 增益，不仅使电路的补偿变得简单，同时也提高了系统的稳定性，进步提高了系 统的高可靠性。开关电源中采用
9、峰值电流控制可以对电感的峰值电流进行逐个脉冲 限制，简化了过载保护和短路保护。总而言之，高可靠性能电源模块的实现将会给便携应用市场带来新的发展契 机，会给人们带来I东南人学硕，f:学位论文更多功能强大、高效、操作简便的各类电子产品。1.2国内外研究发展现状电源是一切电子设备的动力心脏【引，其性能的优劣直接关系到整个系统的安 全性和可靠性。当代高性能开关电源系统普遍采用基于峰值电流控制的电流模反馈 结构反馈，反馈环路包括电流内环与电压外环19J。电压外环针对功率级中控制到输出”的传输特性进行补偿，由于 控制到输出”传输函数的极点为LC滤波网 络决定的一对共轭复极点，其较低的特征频率决定了电压外环回路的带宽，限制了 系统瞬态调节性能的提高。电流内环的引入，消除了功率级中LC形成的共轭复极 点.使电压外
