应用于便携式电池供电系统的DC-DC降压变换器的研究与设计

【摘要】： 随着消费类电子、通信和计算机技术的不断发展,电源管理的重要性日益明显。 单片开关电源SMPS(Switch Mode Power Supply)以其低损耗、高效率及电路简洁等显著优点而受到人们青睐,并广泛应用于计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备及家用电器产品中。电子设备的小型和低成本化使电源向轻、薄、小和高效率方向发展。 本论文基于SMIC CMOS 0.13um工艺,使用Cadence EDA中的Composer包及Spectre仿真工具,设计了一款Buck型DC-DC单片开关电源管理芯片,电路采用电流模式PWM控制,输入电压范围为2.4V～4.2V,典型开关频率为1MHz,,典型输出电压为1.2V,功率转换效率可达85%以上。该款芯片特别适用于电池供电的便携式设备,只需要外接很少、很小的外部器件,就可以构建完整的电源解决方案。 文中首先分析了Buck型变换器的拓扑结构及电流模式PWM控制的工作原理,然后根据设计指标完成了开关电源变换器整体结构的设计,同时结合实际应用电路阐述了其工作原理。论文第四章对芯片内各个子模块进行了设计与仿真,其中包括带隙基准电压源、运算跨导误差放大器、振荡器、迟滞比较器、死区控制及温度保护等,各功能模块均达到相应指标,由此构成的系统亦已通过仿真验证。最后完成了芯片的总体版图规划与设计。 在设计电路过程中,系统的静态功耗和稳定性是重点也是难点,测试结果表明对这些问题的解决是成功的。