（微电子学与固体电子学专业论文）升压dcdc转换器的管理集成电路设计.pdf

摘要 摘要 近年来，电源产业蓬勃发展，封装、电压和电源架构等技术推陈出新，d c d c 转换器技术也迎来新的发展契机，如开关频率高频化、软开关技术、低压输出 技术等，这些技术使得d c - d c 转换器向着高转换效率、小尺寸、高功率密度、 低压大电流、动态反应迅速、输出电压种类多元化和高可靠性等方向持续发展。 本文目的为设计一个集成功率m o s f e t 和补偿电路的p w m 伊f m ( 脉宽调 制脉频调制) 自适应的d c d c 转换器管理集成电路。该电路的工作频率为 1 0 0 k h z ，输入电压范围1 8 v 3 3 v ，输出电压固定3 3 v ，额定输出电流5 0 m a ， 具有过流保护功能。此电路配以电感、电容、二极管等外部元件就能构成完整 的升压d c d c 转换器。 作者先介绍了开关电源的基本原理、环路控制模式( p w m 和p f m ) 和功率 损耗，给出本设计的理论依据。 之后在模型部分，文中给出升压d c d c 转换器的小信号控制模型，并介绍 了u s l m 模型、前沿调制( l e m ) 和后沿调制( t e m ) 的概念，应用现有模型 理论对所做电路进行系统级建模，得出电路的重要参数，为电路设计做充分准 备；同时，作者总结出一种开关电源的建模方法。 在电路设计中，作者根据功能对电路进行整体结构的设计，针对各个功能 详细介绍其电路动作过程，完成子电路和整体电路的设计。最后联合外电路进 行整体仿真，得到很好的动态特性和较高的转换效率，满足设计的要求。 关键词：开关电源，升压d c d c 转换器，p w m ，p f m ，l e m ，t e m a b s t r a c t a b s t r a c t r e c e n t l y , t e c h n o l o g yf o rd c d cc o n v e n e rh a sb e e ng r e e t i n gan e wc h a n c eo f p r o g r e s ss i n c ep r o c e s sh a st a k e np l a c ei nt e c h n i q u e sf o rp a c k a g e ，v o l t a g ea n dp o w e r s t r u c t u r e s ，w h e nt h ep o w e ri n d u s t r yh a sc o m ei n t oi t sp r o s p e r i t y t h et e c h n i q u e s ，f o r e x a m p l eh i g hs w i t c h i n g 矗e q u e n c y , s o f ts w i t c h i n g ，l o wo u t p u tv o l t a g et e c h n i q u ea n d s oo n ，l e a dd c d cc o n v e r t e rt ot h ed i r e c t i o n so fh i g he f f i c i e n c y , s m a l ls i z e ，h i g h p o w e rd e n s i t y , l o w - v o l t a g el a r g e c u r r e n t ，q u i c kd y n a m i cr e s p o n s e ，v a r i o u sk i n d so f o u t p u tv o l t a g e s ，h i g hr e l i a b i l i t ye r e am a n a g e m e n ti cf o rd c - d ce o n v e r t e r w i mp o w e rm o s f e ta n d c o m p e n s a t i o nc i r c u i ti n t e g r a t e d i n c h i p ，h a sb e e nd e s i g n e d ，w h i c hc a r l c o n v e x a c t i v e l yb e t w e e np w m a n dp f m i t so u t p u tv o l t a g ei sr e g n l a t e da t3 3vw i t hi n p u t f r o m1 8 vt o3 3 va n dt h eo u t p u tr a t e dc u r r e n ti s5 0 m aa taf i x e ds w i t c h i n g f r e q u e n c yo f1 0 0 k h z i fi n d u c t o r , c a p a c i t o ra n dd i o d ea r ea d d e dt ot h i si c ，ab o o s t d c d cc o n v e r t e ri sc o m p l e t e d i nt h ef i r s tp a r to ft h i st h e s i s ，f u n d a m e n t a l so fs w i t c h i n gp o w e ra r eg i v e n ， f o l l o w e db yl o o pc o n t r o ls c h e m e ( p w l v la n dp f m ) a n dp o w e rc o n s u m p t i o nt h e o r y t h e n ，s m a l l - s i g n a lm o d e lf o rb o o s tc o n v e r t e r , u s i mm o d e la n dt h ec o n c e p to f l e a d i n g e d g em o d u l a t i o na n dt r a i l i n g e d g em o d u l a t i o na r ei n t r o d u c e d d e p e n d i n g0 1 3 t h et h e o r i e sa n dm o d e l s 百v e 工la b o v e ，as y s t e mm o d e lf o rb o o s tc o n v e r t e ri s c o n s t r u c t e d ，w h i c hc a r lh e l pt os p e c i f yt h ek e yp a r a m e t e r sf o rc o n v e r t e rt og u i d ei c d e s i g n a st h es a n q et i m e ，am e t h o d t om o d e ls w i t c h i n gp o w e ri sc a r r i e do u t d u r i n gc i r c u i td e s i g n i n g ，aw h o l es t r u c t u r ei s f o r m e da c c o r d i n gt om o d u l e s f u n c t i o n e v e r ym o d u l ei si n t r o d u c e di nd e t a i la b o u th o w i tw o r k sa n dh o wi ti s d e s i g n e d f i n a l l ya l lt h es u b - c i r c u i t sa r ec o m a e e t e dw i t hp e r t p h c r yc o m p o n e n t s t h e s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ed c d cc o n v e r t e rh a sg o o dd y n a m i cr e s p o n s ea n d h i 曲e f f i c i e n c y , w h i c hs a t i s f yt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：s w i t c h i n gp o w e r , b o o s td c d cc o i w e l 4 e r , p w m ，p f m ，l e m ，t e m y8 0 4 8 7 1 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 哦譬年sr 泳垂断 l 垃日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年 月 日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 。内部_ 5 年 5 u f 。 由( 2 1 2 ) ，i o b 对应于d = 0 5 的最小负载电流，假设i o b = 3 0 m a ，l 6 8 u h 。 我们取l = 1 0 0 u h c c m 下，i p k = 1 4 5 m a ( t o = 5 0 m a ，d = 0 5 ，v i = 1 8 v 时最大) ，由( 2 1 1 ) ， r c 3 4 5 m q 。 根据经验，电容的值取计算值的1 0 2 0 倍，e s r 取计算值的5 0 7 0 1 6 ， 我们取c = 4 7 u f ，r c = 1 0 0 2 0 0 m q 。 处在c c m d c m 边界的时候，d 2 = 1 - d ，由( 2 1 6 ) ，我们画出此时输出电流 与输入电压的关系，如图2 - 9 。曲线下方是d c m 区域，上方是c c m 区域。 图2 - 9c c m d c m 边界，输出电流与输入电压的关系 实际电路中，v q 的波形在d 2 t s 段内并不像图2 - 8 那样平滑，而是振荡 这是由于电感与c 点的电容产生了振荡，如图2 1 0 。 l。章 勉，磷l也强暴。压 r ”f2 r 图2 - 1 0 v q 波形 第三节开关驱动的控制方式( c o n t r o ls c h e m e ) 一个高效的d c d c 转换器需要合适的控制方式来完成对开关的驱动。下面 1 2 第二章开关电源技术与原理 介绍现有产品中最普遍使用的控制方式。 2 3 1 脉宽调制( p w m ) p w m 控制方式【7 1 广泛应用于开关电源的反馈控制中，如图2 - 1 1 。 在这种方式下，开关的工作频率固定，即y s = t o n + 1 o f f ( t s ：开关频率， t o n ：开关开启时间，t o f f ：开关关闭时间) 是不变的，开关开启时间t o n 随着 反馈变化而变化。 图2 1 2 是p w m 控制方式的基本原理，v c ( t ) 与锯齿波v s a w ( t ) 比较，产生p w m 控制信号。对于线性的锯齿波，我们得到 ) 专= 斧，o l f 于是有： 肚瓦蒜 只：旦i i i ：x r ：。( ，z + m ：1 2 ) 。r ( f o r c c m ) 只2 _ 2 d c ， r ( 2 2 1 ) f 2 2 2 ) ( 其中t = ，_ ，出。= 导d l = 堡孚( 1 一。皿 i l 与负载电流i 。有关。 2 二极管正向压降功耗 功率m o s f e t 关闭，二极管开启，二极管的功耗为( 忽略电流变化导致二 极管正向导通压降的变化) ： q p 坐圪ri ， (223)1-d)i岛= 堡7 一“(l 屹 ”一 i j 3 电感等效电阻功耗 - 1 7 第二章开关电源技术与原理 ，：卫p i ：x r z ：。( ，+ m ：1 2 ) 2 1 。如 2 ：如( ， 斌z 4 电容等效串联电阻功耗 p c o , ， 2 4 3 与频率有关的功耗 ：( 1 - d ) 。眦一，。) 2 + a ：1 2 。心 ( 2 2 4 ) 1 栅极驱动功耗 要想定量的计算这部分功耗，我们先研究一下m o s f e t 的数字模型。图 2 1 8a ) 中的m o s f e t 的数字模型为b ) ，输入等效电容为3 c 。x 2 ，输出等效电容 为c 。对于栅极驱动功耗，我们只考虑输入等效电容c i 。 嗣电压 起始电压 为啪 图2 - 1 8a ) 带电容的m o s f e t 开关电路 b ) m o s f e t 的简单数字模型 驱动电路由输入尺寸成等t ：t 数列的反向器串联构成，存在关系式： c 。2w l c 。( 2 2 6 ) “：c i n n (227)c i l 。， t 。忉= ( r + r ，x c 。l + u c 。1 )( 2 2 8 ) - 1 8 一 半 阻电 蛐l 萝 第二章开关电源技术与原理 其中u 为比例系数，n 为反向器个数，c o x 是功率m o s f e t 的栅极电容密 度，c i 。是功率管输入等效电容，c i 。1 、c 0 u 1 1 是第一个反向器的输入、输出电容， r n 、r p 是第一个反向器n 管和p 管的等效电阻。 现在，我们用( 2 2 1 ) 、( 2 2 2 ) 确定功率m o s f e t 尺寸，用( 2 2 7 ) 、( 2 2 8 ) 确定 驱动电路，整个栅驱动电容确定，其动态功耗为【1 1 】【1 2 】 屹= c r 2 正嘶为开关频率) c r = ( 1 + “+ 甜2 十+ u n - 1 ) ( c 。i + c 。】) + c 册 ：丛； 。，+ q 。) + c 。( 2 2 9 ) 甜一i 2 二极管存储电荷效应导致的动态功耗损失 二极管开启，会存储多子，等到二极管截至，多子释放出来，经过开关 m o s f e t ，产生功耗。 3 m o s f e t 输出电容的动态功耗 这是等效到m o s f e t 漏端的电容。开关关闭，此电容被充电，开关开启， 电容上的电荷经开关泄掉。这部分功耗与栅极功耗的计算方法一样。 2 4 4 功耗与开关m o s f e t 要想功耗小，开关的导通电阻就要小，尺寸就要增大，导通功耗降低，但 是由于面积增大，电容增加，动态功耗增加，【1 2 中给出了开关尺寸的优化公式， 但是这个公式只适合频率较高、负载较大的情况下，即导通功耗和动态功耗可 以比拟的时候。我们的转换器工作在1 0 0 k h z ，这个频率较低，开关动态功耗比 较小，因此我们只考虑导通功耗。 假设总损耗为1 5 ，输出负载5 0 m a ，输入功率为 p一33x005 1 9 4 ( m f ，) 8 5 考虑到v i = 2 7 5 v 时，得出 d = 0 , 2 1 4 ( 考虑二极管导通电压，假设为o 2 v ) i l = 6 3 6 m d a l = 5 8 9 m a 1 9 第二章开关电源技术与原理 则二极管功耗为 只= ( 1 0 2 1 4 ) x 0 0 6 3 6 x 0 2 = l o ( m w ) 开关消耗的总功耗为1 9 4 * 1 5 一1 0 = 1 9 1 ( r o w ) ，与二极管的功耗很接近，所 以选择二极管的时候要特别注意导通电压。 由( 2 2 0 ) 、( 2 2 1 ) ，有 r 0 5 的时候，这种结构会产生不稳定，所以需要加上锯齿波 补偿信号v r a m p 。 整个环的增益函数为： 7 1 ( 5 ) = 丝。l 一墨鱼盟1 + r ( 1 - d ) g c ( s ) 1 一d r 。r c o 一肼 r c 2 r s 。 。：l 。 1 心( 1 一d ) 2上( 1 一d ) 2 r c l c ( 3 1 0 ) ) ，= 瓦 岛i 1 ，其中，m 3 是锯齿波等效电流( v n p r s ) 的斜率，且 一2 7 第三章b o o s t 转换器的小信号分析与系统建模 必须满足2 m p ( m 2 - m 1 ) 以保证转换器的稳定。m 1 、r r l 2 是电感开启和关闭时候的 电流斜率。 l斟一 焉抖 l ； i i f 脚一v e 罩 阡羹耗 山揣 图3 - 8电流模环路控制原理图 b v 0 当r , 旦r c 墨( 1 盟- d ) 1 ，则整个环增益变为： 条件 r = ( 3 1 1 ) 如果合理设计g c ( s ) ，( 3 1 1 ) 的零点可以用来消除一个共轭极点，需满足如下 盼肚r 。v 亨c ，( 而1 - d 1 呱 ，其帆是。d b 带宽( 3 1 2 ) 我们得到整个环路增益为： 一2 8 - 第三章b o o s t 转换器的小信号分析与系统建模 丁( s ) = 1 一d”c 儿。1 r c ( t d ) 2 1 ( 1 一d ) 2，( 雨1 - 霓d 国 l o c o c 、j ( 3 ，)l 雨露彻 ( 3 _ 1 3 ) ( 3 1 3 ) 消除了右半平面零点的影响，并且很好得补偿了共轭极点，但是直流 增益不够高，需要p i 补偿，补偿电路的形式为： 啪瑚，揖+ 卦耶 = 茅 均 上式代入( 3 1 1 ) ，得到电流模环增益： 丁( j ) = + 港地居爿 + 华 + 警 上 上c 邯= 等 3 5 d b ( 特别是v i n = 1 8 v 的时候) 0 d b 带宽：1 m h z 输出阻抗：r o 3 5 d b ，带宽 i m h z ，输出等效电阻 v e r r ( c l k 处于低电平) ，m s p 左侧电压低，右侧电压高，m s p 作为输出负载而开启，比较器的输入级增益变小，响应速度快，输出很快变为 为低电平。所以m s p 的作用是提高比较器控制的沿的响应速度。c l k 变高，输 出由开关m s 控制，变为高电平。波形图如图4 7 。要得到l e m 的p w m 信号， 还需将v o u t 反向。 4 3 第四章b o o s t 转换器的电路设计与仿真 4 i 4 电压基准与软启动 1 电压基准 电压基准在一定的条件下提供稳定的电压，是模拟电路系统中不可或缺的 部分。电压基准的输出与转换器输出端的分压电阻比值对应，为o 8 9 8 v ，此值 小于硅在常温下的带隙电压( 约1 1 2 v ) ，所以我们选择了图4 - 8 的结构。 图4 - 8 基准原理图 这种结构输出电压表达式为： = 惫 ：+ 鲁以地) 1 固 r 2 = r 2 月l ，r 2 2 = r 2 日2 ，r 22 r 2 l + r 2 2 不考虑运放的失调，v e b 2 、v t i n n 的温度系数是固定的，所以r 2 r 1 也是 一定的，因此：+ 睾孵i n ) 等于传统带隙基准电压值。要想得到小于带隙 电压的值，只需调整r 3 r 2 。 若考虑运放的失调电压影响，此基准的输出电压表达式为： 第四章b o o s t 转换器的电路设计与仿真 = 磐：噜n ) + i r 2 4 ， 运放失调的影响是传统结构的r 3 r 2 a 2 。假设r 2 = r 2 a 2 ，失调影响变小，但这 种结构的失调电压对转换器的输出的影响与传统结构相同。 基准的电路i n n 图4 - 9 ，其中，运放是折叠级联结构，输入为p m o s 对管。 右侧是启动电路，保整在各种工艺条件下，且电源1 , 5 v 基准都能够正常启动。 t ： j 。 id _ 苣 j 启 动 命 电 j 路 j ； 宝 一 ? ” 11 一 1f 图4 - 9 基准电路图 - 4 0 01 0 o2 0 ，o5 0 o8 0 0 k m ofc 、 飘爵罱翟霈器瓤= 哥甄8 。”8 前一一 图4 1 0 电压基准的温度特性曲线 图4 1 0 是电压基准的温度特性曲线，三条曲线代表不同的工艺，从上到下 4 5 第四章b o o s t 转换器的电路设计与仿真 依次为f f t t - s s ，温度从一4 0 8 5 ，基准的整体偏差为6 3 5 m v ，加上运 放失调1 0 m v ( 最大失调) ，共有1 6 3 5 m v 的偏差。反映到转换器的输出端， 偏差约为+ 6 0 m v ，满足_ _ _ 6 6 m v 的要求。 2 软启动 转换器启动过程中，电感上的电流会比较大，如果基准电压一定，输出电 压变化剧烈，会升高到一个很高的值，可能超过工艺允许的范围，对器件造成 破坏；而且启动过程的功率损耗也很大，这对于使用电池的便携式产品是很不 利的。所以我们加上启动控制，即软启动，使输出电压缓慢升高，直到稳定。 本转换器中的软启动主要是控制v r e f ，使其缓慢升高，直到稳定，输出会 在反馈环路的作用下跟着上升，这样就达到了软启动的目的。v r e f 的控制电路 如图4 1 1 。m c 是充电电容，其值很大，为了不占用过多的版图面积，我们使用 了n m o s 管。 电压基准模块启动，基准电压r e fi n 大于一个v v r n 、i ，c t r 由高变低，电 容m c 上的电压v m 。从0 开始升高。此时，输出端v r e f 为0 。当v m c 升到v t h n 附近时，m s 2 、m s l 均随着电容电压升高慢慢开启，m s 3 会慢慢关闭，v r e f 会跟着v m c 慢慢升高直到m s 2 进入线性区，其值等于r e fi n 。软启动波形如 图4 1 2 。 0 ：m c ”警一 d f 邕 图4 - 1 1 渐变的v r e f 产生电路 - 4 6 - 第四章b o o s t 转换器的电路设计与仿真 9 0 0 m 。4 0 0 m 一1 a a m 1 8 0 1 ，5 0 8 0 9 m j o a m - 2 f f o m：| 1 o m2 o m50 m i ir n e ( 8 ) 图4 1 2 软启动波形图 4 1 5p w m p f m 自适应转换电路 当负载电流变得很低的时候，电路要进入p f m 工作模式，这里我们选择了 突发模式降频技术。锯齿波信号范围从0 v m ，当误差信号大于v t h ( v t h 、， 1 o 口0 1 0 4 a 3 a 2 a 一 一 1 ，0 o o 一1 o v ：v r e f 。：v o u t ：v e r r 毋- 。1 m 2 - 。丌1 e ( s ) 5 r 。m4 。m 图4 一1 9 启动过程( v i 。= 1 8 v ，上电时间为l m s ，负载5 0 m a ) 图4 2 0 转换器输出纹波图 4 2 2 调制能力( f o rc c m ) 1 1 输入调制( l i n er e g u l a t i o n ) 输入调制能力：输入在两个值问变化，输出电压值豹变化量，对应于稳态 特性。 转换器的输入变化v i n = 1 8 v 一2 5 v 一1 8 v ，输出电压和电感电流变化波形 如图4 2 1 。电压变化幅度约为1 2 0 m v 。 - 5 2 第四章b o o s l 转换器的电路设计与仿真 2 5 a 一 2 - 2 0 1 0 0 1 6 0 j 5 0 j ，斗o )j ，5 0 j ，2 0 3 1 0 3 0 0 m 2 0 口m 1 印o m o 0 0 一1 0 0 m _ ：l 2 p l u s 巨蔓竺! ! ! 堂。 4 5 m5 5 m6 ，5 m t f m e ( s ) 图4 - 2 1 l i n er e g u l a t i o n ( i o = 5 0 m a ) 2 、负载调制能力( l o a dr e g u l a t i o n ) 负载电流变化i o = 3 0 m a - - * 5 0 m a - - - ，3 0 m a ，输出电压和电感电流变化波形如 图4 2 2 。输出波动很小，约2 0 m v 。 1 6 0 m 1 2 a m d 8 0 0 m 牛0 毋m 0 0 0 图4 - 2 2l o a d r e g u l a l i o n ( v i n = 1 8 v ) 从以上两国v o u t 的变化我们可以推测，环路的相位裕度大于等于6 0 。，这 5 3 第四章b o o s t 转换器的电路设计与仿真 个结果与模型仿真接近。 4 2 3p w m p f m 转换 p w m p f m 转换，输出电压变化如图4 2 3 。开始，由于负载电流很大，电 感上的电流也很大，当负载突然变小，整个电路需要一个比较长的过渡时间， 来适应负载的突变，最终电路进入b u r s t 模式的稳定状态。电压变化范围是 1 0 0 m v 。 3 4 0 0 j 5 5 0 j ，5 0 0 j ，2 5 3 ，2 0 0 入 卜小 l ， 过渡 n、 b m t c m 3 1 m3 9 r n4 7 m 图4 - 2 3p w m - p f m ( 1 0 = 5 0 5 5 m a _ 0 5 5 m a ) p f m p w m 转换，输出电压如图4 2 4 。由于b u r s t 模式下，误差放大器的输 出就在v m 最高点附近变化，当负载增大时，误差信号很快进入锯齿波控制范 围，所以不需要过渡时间，转换速度很快。 3 5 1 0 j ，2 5 0 3 1 9 0 j ，1 3 q 。 wi l l 脚硼pp 肚 埘 7厂删一i o i 2 6 0 m2 7 0 m2 80 m2 9 0 m5 9 0 m 图4 - 2 4 p f m - p w m ( i o = o 5 5 m a 一5 0 5 5 m a ) 一5 4 第四章b o o s t 转换器的电路设计与仿真 4 2 _ 4 转换器的效率 表4 1 中，i o 是负载电流，p i n 是输入功率，r l 是转换器效率，m o d e 是转 换器工作模式。空载的时候，转换器输入功率为o 4 3 7 4 m w ，转换到输出端电流 为1 3 3 u a 。转换效率画成折线图，如图4 2 5 。 表4 - 1 转换器效率 p i n ( m w ) 0 7 9 4 2 2 2 1 9 4 o l 1 4 7 2 9 1 4 3 6 4 3 7 2 7 l 1 0 9 6 1 4 8 3 1 8 6 6 r l ( ) 4 l 。5 5 7 4 3 4 8 2 2 9 8 9 7 7 9 0 5 9 9 0 5 8 9 0 7 7 9 0 3 3 8 9 0 l 8 8 4 2 m o d e b i l l s t b u r s t b u r s t d c m d c m d c m d c n u c c m c c m c c m c c m 图4 2 5 转换器效率 5 5 一 。4。m加如 第五章总结 第五章总结 本文对开关电源转换器做了理论建模电路的全面分析和设计，我 们认为开关电源控制芯片的设计需要以下三步： 第一步：熟悉理论，建立模型 做好开关电源模型是设计的关键，体现在1 ) 模型为环路的稳定性设计提供 保障，主要是环路控制及其建模；2 ) 对补偿电路的设计有很重要的指导意义， 特别是针对在片补偿，能够优化补偿电路版图面积和环路特性；3 ) 确定参数， 如运放的带宽、增益、输出阻抗，电容电感等效阻抗，等等。 在此，需要特别强调的是建模方法：先用h s p i c e 建立基于u s i m 的系统模 型，对补偿电路和其它参数进行优化；然后将这些参数带入用m a t l a b 编写的采 用l e m 的转换器环增益传输函数中，以确定带宽和相位裕度。经过这种方法确 定的转换器系统稳定性对电路设计的指导意义最大。 第二步：建立电路框图，模块电路配合设计 划分功能模块，建立模块间的控制关系，然后深入模块内部，根据参数要 求具体设计。设计过程中考虑各模块电路间的关系，比如振荡器与p w m p f m 转换电路的联系。电路设计过程中要善于利用电阻比、电容比和电流比等。 第三步：版图布局 版图布局主要考虑功率m o s f e t 和补偿电容、电阻的布局，因为两部分占 用面积最大；然后考虑模拟电路和数字电路，两部分在版图上要有明显的分界， 要分别用地，模拟地、数字地要一点连。由于时间有限，我们并没有做版图设 计。 由于作者水平有限，本设计中的建模不够理想，因为： 没有考虑比较器和驱动电路的延时； 没有考虑补偿电路中电阻的寄生电容； 建模方法比较复杂，比较耗时。 5 6 第五章总结 虽然按照l e m 的模型得到的结果与电路仿真最接近，但还有些问题无法解 释，例如仿真结果显示环路的相位裕度肯定大于6 0 。，而模型仿真预示不能超 过5 2 。，这就是一对矛盾。这说明还有l e m 模型不能解决的问题存在。 另外振荡器能够精确确定c l k 的占空比，以及p w m p f m 转换时候的d u t y c y c l e ，使我们根据负载情况就能判断转换器的工作状态( p f m o rd c mo i c c m ) ，见图4 1 5 ：但是c l k 的周期不够精确，这需要从工艺的角度加以修正。 这一部分可以根据具体需要进行修改。 如果此文所做的管理i c 能够流片，希望能够改进以上不足，笔者也将继续 做理论上的建模。 5 7 致谢 致谢 首先要衷心感谢的是秦世才、高清运和宋树贵三位教授。秦老师和高老师 在我的论文选题、设计过程中给予了指导和鼓励，对论文的编写提出很多宝贵 建议；宋老师教会了我使用显微镜和解剖芯片，令我受益匪浅。在此对三位教 授表示诚挚的谢意! 接下来要感谢的是王彬、张晰泊、田文博三位同学( 同事) 。本论文得到了 王彬经理的关注和支持。在整个设计过程中，张晰泊、田文博一直帮我查找贽 料、仿真电路，解决了电路设计中的部分难题；特别是在本人突患角膜炎的情 况下，田文博帮我完成了繁杂的仿真任务，所以要特别感谢! 最后，感谢天津中晶微电子有限公司为我的论文提供了良好的研究环境。 在那里我结识了很多朋友，在此也对那些帮助过我的朋友们一并表示感谢。 张建新 于南开大学 2 0 0 5 年5 月8 参考文献 参考文献 【1 郭秋铃电源管理1 c 市场潜力巨大通信世界报，2 0 0 4 - 1 2 1 0 1 】王满堂，孙昌旭d c d c 转换器技术趋势及选型要点国际电子商情网站，2 0 0 4 年 0 6 月0 3 日 2 】e d g a r s a n c h e z s i n e n c i o l o w v o l t a g e l o w p o w e ri n t e g r a t e dc i r c u i t sa n ds y s t e m s n e w w o r k ：t h ei n s t i t u t eo f e l e c t d c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s ，l n c 1 9 9 9 ，3 7 0 3 7 2 3 】潘九堂d c d c 转换器市场稳定增长，产品技术持续创新国际电子商情网站，2 0 0 4 年1 2 月0 1 日 4 】王剑手机整体电源管理技术及其解决方案探讨国际电子商情网站，2 0 0 4 年0 6 月0 3 日 5 】r o b e r t 砒e r i c k s o n f u n d a m e n t a l so f p o w e re l e c t r o n i c s c h a p m a n h a l l ，1 9 9 7 ，1 7 2 4 【6 】h t t p ：w w w a i m t r o n c o m t w s u p p o n f i l e s b o o s t 2 0 c o n v e r t e r p d f 【7 r o b e aw e r i c k s o n f u n d a m e n t a l so f p o w e re l e c t r o n i c s c h a p m a n h a l l ，1 9 9 7 ，2 5 2 2 5 4 【8 陈佐民利用降频技术降低开关电源的待机功耗国际电子商情网站，2 0 0 4 年0 6 月3 0 日 e 9 】b a r b e t t e r , r e d c k s o n ，d m a k s i m o v i c d c - d cc o n v e n e rd e s i g nf o rb a t t e r y o p e r a t e d s y s t e m s p o w e re i e c t r o n i c ss p e c i a l i s t sc o n f e r e n c e ，1 9 9 5 p e s c 9 5r e c o r d ，2 6 t ha n n u a l i e e e ，v o l u m e ：1 ，1 8 - 2 2j u n e l 9 9 5 ，p a g e ( s ) ：1 0 3 - 1 0 9v 0 1 11 0 4 4 i o r j a c o bb a k e r , h a r r yw l i ，d a v i de b o y c e c m o s 电路设计、布局与仿真( 英文版) 机 械工业出版社，2 0 0 3 6 1 8 5 1 8 8 1i 】e d g a r s a n c h e z s i n e n c i o l o w - v o l t a g e l o w p o w e ri n t e g r a t e d c i r c u i t sa n d s y s t e m s n e w w o r k ：t h ei n s t i t u t eo f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s ，i n c ，1 9 9 9 ，3 7 6 3 7 9 【1 2 】胡黎强，林争辉，李林森一种高效率低功耗开关电源的实现微电子学，2 0 0 3 年4 月 1 3 m i t c h e l l ，d m d c * d cs w i t c h i n g r e g u l a t o r a n a l y s i s n e w y o r k ：m c g r a w h i l l ，1 9 8 8 ，