一种同步降压型DC_DC开关电源IC的设计.doc

同步降压型DC/DC开关电源设计 一、引言电源是一切电子设备的动力心脏，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。它分为线性电源和开关电源两种，开关电源又分为AC/AC电源、DC/DC电源、AC/DC电源、DC/AC 电源。开关电源以其效率高、体积小等优点，在通信、计算机及家用电器等领域得到广泛应用，特别是目前便携式设备市场需求巨大，DC/DC开关电源的需求也越来越大，性能要求也越来越高，而DC/DC开关电源的设计也更具挑战性。二、降压型开关电源工作原理在开关管S开启时，若忽略S上的压降，流过电感L的电流为，并且会呈上升趋势，有如下关系：其中，认为是稳定常量，可得下式：为t=0时电感中的初始电流。当开关S关闭时，电感电流将通过二极管D续流，此时，将减小， 电感L中的电流，在开关S开启时上升，而在S关闭时下降。三、控制电路设计1、电流源电路的设计由于采用了自偏置结构，电路在开始工作时很容易进入0平衡状态，而使得电路不能正常工作。，构成自启动电路，当刚加电源电压时，通过为注入电流，当电流到一定值时关断，停止供电，此时电流建立。图显示了在=3.3V，=25时，该电流源的启动过程。其中A为栅极电压，B为栅极电压，C为电源电压。2、基准电压电路的设计基准电压电路为芯片中提供稳定的偏置和比较基准。因而要求该电压对电源电压变化和温度变化均不敏感。基准电压可以表示如下：=+将与温度相关的参数对温度求偏导，则的温度系数表现如下：=+M令的温度系数为零，那么可求得M的值。其中的温度系数为-1.5mV/，的温度系数为+0.087mV/代入上式，可计算出M=17.2。因此一般带隙基准电压的值约为：=+17.23、比较器电路的设计一般的二级运算放大器可以很好的应用于比较器。比较器大都采用开环模式，一般不需要对比较器补偿，以获得最大的带宽和较快的响应。BIAS为电流源提供的偏置电压，-，-构成普通二级比较器，为MOS电容用以提高电源抑制，构成的推挽输出级，其作用：（1）对二级比较器输出波形整形，使得输出高电平可达到 ，低电平可达到地电位GND；（2）增大吸入或供出电流以驱动较大的容性负载。该比较器可应用于方波发生器等电路。4、时钟产生电路与斜坡信号电路的设计为保证时钟频率的稳定性，首先需要有稳定的充电电流，图中运算放大器AMP、和 构成了电流反馈形式，其中为芯片外接电阻，该反馈调整使得电阻上的电压降与值相等。为基准电路提供的基准电压，则产生的电流为,按一定比例镜像到,对电容充电，当上极板电压达到参考电压时，比较器COM输出为低电平,对由、组成的RS触发器复位，即输出为低电平，同时运用时钟的反相信号开启，将COM输出拉为高电平，此时RS触发器输出保持为低电平，时钟信号CLK为高电平，开启、， 开始放电，A点电压也随之为低电平，并通过反相器、整形为标准0电位，对RS触发器置位，CLK跳变为低电平，将重新开始一个周期。5、电流采样电路的设计开关电源中，通过输出电流采样检测开负载，短路和过载以实现节能和保护作用。精确的电流采样能准确控制输出电压。为主开关功率管，其导通电阻为，为采样支路开关管，其导通电阻为，为采样电阻，又因为 AMP、和组成的电流反馈放大器，可得到最终的电流采样值：其中阻值可根据需求设计到上百欧姆。增大的阻值并不会增加采样的功耗，随的阻值增加而减小，又由下式：可知上的功耗并不增大，反而会减小约为 。6、误差放大器电路设计电流模式开关电源中，误差放大器是必不可少的一部分。误差放大器用于放大输出反馈电压与基准的差值以作为PWM比较器的比较基准。误差放大器对开关电源的负载调整、动态特性等都有重要影响。开关电源系统中，运放的增益是整个环路增益的主要部分，而增益越大电路的调整性能越好。由、为带正反馈的差分输入级，其电压增益可表示如下：其中=(W/L)/(W/L)，在运放应用中1，越大，越大，理论上可使无限大。设计中我们将与的宽长比设计为与的多倍关系，以助于增大转换率（SR）。四、总结本论文对同步降压型PCM开关电源进行了分析，根据电池供电便携式设备的要求，完成了一款高效率、良好动态特性和调整率的同步降压型开关电源的控制电路设计。首先文中对PWM峰值电流控制模式的同步降压型开关电源的效率进行了分析，分析了各种损耗的产生，并分析了轻负载情况下PWM效率低的原因；分析了电流模式开关电源的次谐波振荡，以及斜坡补偿的原理，在实际电路设计中考虑到过补偿的问题，选择分段斜坡补偿以最大程度消除过补偿现象；分析了大信号特性，并着重分析了负载跃变的情况，以及讨论了提高负载跃变特性的方法，在实际电路设计中