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随着电子信息技术的进步,消费类电子产品的市场爆发式增长,电源管理芯片产业得到迅速的发展,DC/DC变换芯片是电源管理芯片中使用最广泛的类别之一。开关DC/DC变换器是一种高效率的电源变换形式,具有体积小、重量轻、集成度高、转换效率高等优点。
本文从开关电源在便携电子设备中的实际应用需求出发,通过系统设计和电路设计,自主完成一款降压型同步整流DC/DC变换芯片的设计,并经过流片测试和验证。在本文中,作者对DC/DC变换器的工作原理、关键技术和设计方法进行了系统的分析和研究,为整体电路设计提供了理论依据。
在理论分析的基础上,本文选用了电流控制的工作方式,以PWM作为主要调制方式,并能够在轻载时切换为PFM调制方式,提高轻载时的转换效率。采用从上至下的设计方法,首先对系统的环路控制稳定性进行设计,确定关键模块的参数要求,再对各电路模块的进行合理设计,逐步加入各保护逻辑,最后完成整个系统的搭建。
本文的创新点有:
1)PFM调制方式利用对检测信号判断的结果,无需振荡器调制,完全用数字逻辑实现,因此PFM模式下可将振荡器、PWM比较器、误差放大器等模拟模块关闭,能够大大节省功耗,提高轻载时的转换效率;
2)在环路设计中,本文设计的电流检测电路与斜波补偿振荡器能够直接相连合并,先通过对输出电压采样放大,得到电流值的相对大小,该部分的输出接在振荡器电容极板的一端,与补偿波形叠加,得到的信号可直接用于产生环路控制信号,不再需要对电流/电压或电压/电流进行转换和运算,电路结构大大简化,降低了电路的复杂度,从而降低功耗提高转换效率,同时减小面积降低成本。
3)Rail-to-Rail输入范围的比较器,采用限制电压将输入范围分段分别比较,将结果用逻辑电路合并,避免传统结构若两个比较器输出不一致而导致的在输出产生较大的电流,并影响所连接的反相器的情况。