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单电感双输出Buck-Boost电源管理芯片的设计

王菡  
【摘要】:近年来,消费品市场对便携式电子设备如手机,数码相机,笔记本电脑等需求迅猛增长,电源管理芯片是这些电子设备中不可或缺的组成部分。由于电子系统中的不同模块通常需要不同的供电电压,采用多输出电源供电可以满足电子产品的功能需求并且可以有效降低系统功耗,因此多输出技术成为近年来电源管理芯片领域的一个重要发展方向,对多输出电源管理芯片效率和性能的研究具有非常重要的意义。 本文设计了一款基于BCD工艺的用于驱动有源矩阵OLED的单电感双输出电源管理芯片。该芯片具有正负两路输出,分别用于TFT驱动阵列和OLED单元供电。在系统级,芯片采用了新型的架构,用一个电感元件实现正负两路输出,减小了外围元件数量,降低了电源的体积和成本,非常适合便携式产品应用。为提高了线性调整率性能,芯片采用峰值电流控制模式,并且引入了新型的PFM调制模式。在效率优化方面,芯片采用了多工作模式,并且可以随负载的变化在不同工作模式之间自动切换,保证宽负载条件下的高效率,同时芯片应用同步整流技术,降低功率级整流损耗。在电路级,文章通过关键子模块如带隙电压基准源,补偿网络和驱动电路等的优化设计,提高系统的线性调整率,动态响应能力,功耗和电磁干扰等性能。 论文首先介绍了基于分时复用技术的单电感多输出变换器的种类,开关变换器电压控制模式和峰值电流控制模式的原理和优缺点;然后运用状态空间平均法建立Buck-Boost拓扑结构变换器在峰值电流控制模式下的交直流模型。 其次,论文详细讨论了用于驱动有源矩阵OLED单电感双输出Buck-Boost电源管理芯片的性能要求,系统工作原理,提高性能所采用的各项技术,并对Buck-Boost变换器的环路稳定性,补偿网络参数的优化设计方面进行了分析。 再次,详细介绍了系统的关键子模块,带隙基准电压源,补偿网络,栅驱动模块和软启动模块的设计考虑,电路实现和性能仿真结果。 最后,论文对芯片的整体电路的功能和性能进行了仿真验证,系统整体指标满足应用要求。


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