论文部分内容阅读
本论文以设计高性能芯片为目标,结合当前需求,在以西安电子科技大学的科研项目“电源管理类集成电路关键技术的理论研究与设计”的基础上,设计了一款DC-DC转换器XD1407。论文首先对开关电源进行了介绍,然后结合当前市场情况,分析了开关电源的核心组成部分DC-DC转换器的重要性及发展趋势;接着详细阐述了直流转换器的基本理论知识和工作过程,并对升压型DC-DC转换器的控制方式及效率进行了仔细研究,结合本芯片的特点,选取合适的控制方式即电流模式,同时提出了提高效率的解决方案;然后对芯片XD1407整体架构进行了分析与设计,针对该芯片的环路稳定性进行系统性建模,推导了该芯片在工作时的零极点位置,并对本芯片的稳定性作出了仿真验证;继而对芯片XD1407的关键模块进行电路设计与仿真验证,验证结果均符合设计要求;本论文的最后一章是对芯片XD1407整体电路仿真结果的介绍。升压型XD1407的工作频率为500kHz,固定不变,采用峰值电流模式控制,内置功率开关管和同步整流管,使其在应用时外围电路简单化,节省PCB面积;XD1407工作电压范围为2.5V-5V,在该工作范围内峰值电流为8A,带载能力可以达到5A;芯片内部设计了软启动电路,有效防止了因输出电压或电感电流的过冲对芯片造成的损害;XD1407有两种工作模式即PWM模式和轻负载模式,当负载较小时,通过检测电感电流信息判断该芯片工作于轻负载模式,该模式下芯片在连续工作几个周期后,可进入休眠状态,休眠期间,主开关管和同步管都不能导通,将芯片内部大部分模块关断,使芯片的静态电流降低,减小到55u A,此时导通损耗及开关损耗可以几乎为零,输出电压开始下降。电路中通过检测反馈电压FB来控制输出电压的下降量,利用高精度比较器输出脉冲控制信号,通过逻辑电路的处理后控制芯片退出休眠状态,如此反复工作;随着负载的逐渐增大,电感电流随之升高,该芯片转换为PWM工作模式,两种工作模式之间可平滑切换,保证该芯片在整个负载范围内均可以得到较高的转换效率,同时具有较小的输出电压纹波;通过对升压型DC-DC转换器的仔细研究,然后结合理论知识进行建模分析,确定该芯片的频率补偿方案,通过调节相关参数,利用仿真软件选择合适的带宽频率和相位裕度,使系统环路可以稳定工作。XD1407内部同时设计了多种保护机制,使芯片在输入电压较低、过高温度和过高电压等条件下不被损坏。XD1407基于某公司的0.35 u M CMOS工艺,利用Cadence软件进行仿真验证,确保仿真结果在不同的器件模型,不同电源以及温度下均可达到设计要求。仿真验证的结果表明芯片的各方面性能良好,满足了设计要求。