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一款高效峰值电流模Buck型DC-DC转换器XD1408的电路设计

李凯旋  
【摘要】:随着电子行业的快速发展,电子器件也越来越多地出现在人们的生活和工作当中,而且这些电子器件全部需要供电才能正常工作。开始只是些简单的电子器件被供电,但随着电子器件的不断精密化和小巧化,供电的技术要求也越来越高,由此便促使电源的供电技术向更高要求、更多功能发展,多种供电技术应运而生,其中就有开关稳压电源技术。虽然开关稳压电源兴起较迟,但是它的诞生极大地改变了世界的面貌。许多科技领先的组织和国家都投入大量的精力来推动开关稳压电源的发展。1990年后,开关稳压电源在多种场所飞速发展,笔记本电脑、手机和相机等便携电器都使用了开关稳压电源来供电,而保证这些电器的室外使用时间至关重要。在电池体积、容量固定的基础上,如何提高电源转化效率成为电源供电技术人员需要解决的问题。本文首先介绍了开关稳压电源的相关概念,包括它的基础知识和发展动向,并且主要对开关稳压电源中的降压型拓扑结构的相关理论进行了研究,然后设计了芯片内部的各个模块,包括主线模块和保护模块,并给出部分模块的理论依据以及仿真结果,紧接着分析了系统的环路稳定性并对其进行补偿,最后选取芯片XD1408的外部电路元器件并对整体系统进行了仿真验证。芯片XD1408使用峰值电流模式架构,它的目的是提高电路的敏感度,响应速度快,对每个周期的电感电流都有限制,而且本身也具有了过流保护功能;芯片XD1408还内嵌了软启动模块,不同于传统的设计方法,该方法用电阻替代了大面积的充电电容,采用数字逻辑,一步一步提高模块输出电压,并且提供一定的余量,它能很好地抑制芯片在启动过程可能出现的电流浪涌现象;在负载短路时,芯片会自动使主频率降到100k赫兹,从而使电感电流下降的时间足够长,防止出现失控情况;在停机状态时,流过芯片的电流会降至1μA或更低;为了使该芯片稳定安全地工作,它内部还集成了过压、过流、过热等保护模块。芯片采用同步整流技术,无需肖特基二极管,不仅节省了成本,而且提高了转换效率;芯片XD1408拥有宽的输入电压范围,可从2.5V~5.5V之间取值;它的主频率是1.5M赫兹,高频率的优势在于可以选择较小的电感,就能达到低纹波输出电压;为了减小系统在待机时功耗,芯片XD1408还设计了一种‘间歇工作模式’,也就是说当芯片工作在重载时,使用PWM模式;当负载降低时就会自动切换到间歇模式,也叫做Burst Mode,芯片效率都会很高。芯片XD1408仿真采用的软件工具是Cadence,仿真器是Hspice,所用的工艺是0.5μmCMOS模型,系统整体的仿真结果表明:电路的设计能够达到指标要求。


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