【摘 要】
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伴随着半导体技术的发展,开关电源管理芯片已经进入高集成化时代。与移动终端类似的各类便携式设备对DC-DC转换芯片的要求也越来越高。高效率,低干扰和低功耗,小体积是目前DC
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伴随着半导体技术的发展,开关电源管理芯片已经进入高集成化时代。与移动终端类似的各类便携式设备对DC-DC转换芯片的要求也越来越高。高效率,低干扰和低功耗,小体积是目前DC-DC开关电源芯片的主流研究方向。本文以国内外开关电源的发展现状与未来的发展趋势为研究背景,同时结合大量文献资料,对DC-DC转换器做了详细的分析与研究。最后与实验室和公司的共同项目相结合设计了一款高效率低纹波输出的降压型DC-DC电源芯片,要求输入电压范围在3V到5.5V,输出1.8V的稳定电压,最大输出电流为1.5A,开关频率为1.5MHZ,最高转换效率必须大于90%,纹波输出电压应小于2mV。本文首先阐述了DC-DC转换器中的电感伏-秒平衡定则,然后对DC-DC的拓扑结构、调制方式、控制方式和需要着重考虑的性能指标做了简要的分析。随后结合了产品应用环境和功能需求后,给出了芯片的系统级框架设计,包括对带隙基准源、误差放大器、电流采样电路、软启动电路和过温保护等主要电路模块的设计。其中特别是对电流采样电路做出了改进,借此提高芯片的效率与稳定性。同时在误差放大器和软启动电路中运用电容倍增原理设计电容,用以实现小面积大电容的目的。然后为防止芯片在高温下被损坏,在过温保护电路中引入了15℃的迟滞量。以上所有功能模块都借助于Cadence平台进行了仿真验证,并在最后对电源芯片各个模块进行了版图规划,给出了实际的版图。WKD8009采用的是华润上华0.18μmBCD工艺对所设计的芯片系统进行整体仿真验证。仿真结果表明在3V到5.5V的输入电压范围内,负载为带载与空载的条件下,输出电压基本稳定在1.8V,转换效率最高可达95.2%,且纹波大小约为1.1mV。并对流片后的芯片进行了测试验证,测试结果表明本芯片的各项性能指标均到达设计要求。通过跟前人所做工作的比较,证明WKD8009在转换效率与纹波电压方面有明显的优越性。
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