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高效率峰值电流控制升压DC-DC转换器设计

万斌  
【摘要】: 随着半导体工艺技术的提高以及便携式电子产品的迅猛发展,电子产品对电源的要求越来越高,体积小、重量轻、效率高是电源IC发展的必然趋势。 本文所研究的课题来源于中芯国际(SMIC)应用于手机电源管理芯片(PMU)IP的研发项目,主要研究内容是利用SMIC 0.18um CMOS 1.8V/3.3V Logic制造工艺,设计USB2.0接口的供电升压型DC-DC变换器。 基于DC-DC变换器的工作原理,论文深入研究分析并比较了PWM和PFM反馈调制方式的优缺点;在此基础上,论文选择了采用电流模式的PWM反馈调制方式的Boost升压电路架构,并为电路的外围元件选择了最佳的参数值;结合PWM控制模式以及峰值电流控制环调节等理论,论文给出设计依据;根据功能需求,论文进行了电路的总体结构设计和子电路设计;论文重点研究分析了典型电路模块:电压基准源电路、比较器和误差放大器电路、电流采样电路、振荡器电路、斜坡补偿和逻辑控制电路。 应用EDA软件Spectre和hspice,论文对各模块子电路和整体电路进行了功能仿真;仿真结果表明,各模块性能均达到预期设定指标;在典型情况下,该电路的线性调整特性和负载调整特性较好,电源转换效率较高。 论文所设计的升压开关电源芯片具有实现电路简单、输出电压精度高、工作温度范围大、转换效率高等优点,其开关频率在600KHz左右,输入电压范围为2.97V~3.63V,能够输出稳定的5V电压,驱动范围为1mA~100mA,工作温度范围为? 40?C ~125?C,电源转换效率在负载为10mA~100mA时高达90%以上。论文还对所设计的电路进行了版图设计。


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