一種同步降壓型DCDC開關(guān)電源IC的設(shè)計

1、同步降壓型DC/DC開關(guān)電源設(shè)計 一、引言電源是一切電子設(shè)備的動力心臟，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全性和可靠性指標(biāo)。它分為線性電源和開關(guān)電源兩種，開關(guān)電源又分為AC/AC電源、DC/DC電源、AC/DC電源、DC/AC 電源。開關(guān)電源以其效率高、體積小等優(yōu)點，在通信、計算機及家用電器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是目前便攜式設(shè)備市場需求巨大，DC/DC開關(guān)電源的需求也越來越大，性能要求也越來越高，而DC/DC開關(guān)電源的設(shè)計也更具挑戰(zhàn)性。二、降壓型開關(guān)電源工作原理在開關(guān)管S開啟時，若忽略S上的壓降，流過電感L的電流為，并且會呈上升趨勢，有如下關(guān)系：其中，認(rèn)為是穩(wěn)定常量，可得下式：為t=0時電感

2、中的初始電流。當(dāng)開關(guān)S關(guān)閉時，電感電流將通過二極管D續(xù)流，此時，將減小， 電感L中的電流，在開關(guān)S開啟時上升，而在S關(guān)閉時下降。三、控制電路設(shè)計1、電流源電路的設(shè)計由于采用了自偏置結(jié)構(gòu)，電路在開始工作時很容易進(jìn)入0平衡狀態(tài)，而使得電路不能正常工作。，構(gòu)成自啟動電路，當(dāng)剛加電源電壓時，通過為注入電流，當(dāng)電流到一定值時關(guān)斷，停止供電，此時電流建立。圖顯示了在=3.3V，=25時，該電流源的啟動過程。其中A為柵極電壓，B為柵極電壓，C為電源電壓。2、基準(zhǔn)電壓電路的設(shè)計基準(zhǔn)電壓電路為芯片中提供穩(wěn)定的偏置和比較基準(zhǔn)。因而要求該電壓對電源電壓變化和溫度變化均不敏感?；鶞?zhǔn)電壓可以表示如下：=+將與溫度相關(guān)的

3、參數(shù)對溫度求偏導(dǎo)，則的溫度系數(shù)表現(xiàn)如下：=+M令的溫度系數(shù)為零，那么可求得M的值。其中的溫度系數(shù)為-1.5mV/，的溫度系數(shù)為+0.087mV/代入上式，可計算出M=17.2。因此一般帶隙基準(zhǔn)電壓的值約為：=+17.23、比較器電路的設(shè)計一般的二級運算放大器可以很好的應(yīng)用于比較器。比較器大都采用開環(huán)模式，一般不需要對比較器補償，以獲得最大的帶寬和較快的響應(yīng)。BIAS為電流源提供的偏置電壓，-，-構(gòu)成普通二級比較器，為MOS電容用以提高電源抑制，構(gòu)成的推挽輸出級，其作用：（1）對二級比較器輸出波形整形，使得輸出高電平可達(dá)到 ，低電平可達(dá)到地電位GND；（2）增大吸入或供出電流以驅(qū)動較大的容性負(fù)載

4、。該比較器可應(yīng)用于方波發(fā)生器等電路。4、時鐘產(chǎn)生電路與斜坡信號電路的設(shè)計為保證時鐘頻率的穩(wěn)定性，首先需要有穩(wěn)定的充電電流，圖中運算放大器AMP、和 構(gòu)成了電流反饋形式，其中為芯片外接電阻，該反饋調(diào)整使得電阻上的電壓降與值相等。為基準(zhǔn)電路提供的基準(zhǔn)電壓，則產(chǎn)生的電流為,按一定比例鏡像到,對電容充電，當(dāng)上極板電壓達(dá)到參考電壓時，比較器COM輸出為低電平,對由、組成的RS觸發(fā)器復(fù)位，即輸出為低電平，同時運用時鐘的反相信號開啟，將COM輸出拉為高電平，此時RS觸發(fā)器輸出保持為低電平，時鐘信號CLK為高電平，開啟、， 開始放電，A點電壓也隨之為低電平，并通過反相器、整形為標(biāo)準(zhǔn)0電位，對RS觸發(fā)器置位，C

5、LK跳變?yōu)榈碗娖?，將重新開始一個周期。5、電流采樣電路的設(shè)計開關(guān)電源中，通過輸出電流采樣檢測開負(fù)載，短路和過載以實現(xiàn)節(jié)能和保護(hù)作用。精確的電流采樣能準(zhǔn)確控制輸出電壓。為主開關(guān)功率管，其導(dǎo)通電阻為，為采樣支路開關(guān)管，其導(dǎo)通電阻為，為采樣電阻，又因為 AMP、和組成的電流反饋放大器，可得到最終的電流采樣值：其中阻值可根據(jù)需求設(shè)計到上百歐姆。增大的阻值并不會增加采樣的功耗，隨的阻值增加而減小，又由下式：可知上的功耗并不增大，反而會減小約為 。6、誤差放大器電路設(shè)計電流模式開關(guān)電源中，誤差放大器是必不可少的一部分。誤差放大器用于放大輸出反饋電壓與基準(zhǔn)的差值以作為PWM比較器的比較基準(zhǔn)。誤差放大器對開關(guān)

6、電源的負(fù)載調(diào)整、動態(tài)特性等都有重要影響。開關(guān)電源系統(tǒng)中，運放的增益是整個環(huán)路增益的主要部分，而增益越大電路的調(diào)整性能越好。由、為帶正反饋的差分輸入級，其電壓增益可表示如下：其中=(W/L)/(W/L)，在運放應(yīng)用中<1，越大，越大，理論上可使無限大。設(shè)計中我們將與的寬長比設(shè)計為與的多倍關(guān)系，以助于增大轉(zhuǎn)換率（SR）。四、總結(jié)本論文對同步降壓型PCM開關(guān)電源進(jìn)行了分析，根據(jù)電池供電便攜式設(shè)備的要求，完成了一款高效率、良好動態(tài)特性和調(diào)整率的同步降壓型開關(guān)電源的控制電路設(shè)計。首先文中對PWM峰值電流控制模式的同步降壓型開關(guān)電源的效率進(jìn)行了分析，分析了各種損耗的產(chǎn)生，并分析了輕負(fù)載情況下PWM效率低的原因；分析了電流模式開關(guān)電源的次諧波振蕩，以及斜坡補償?shù)脑?，在實際電路設(shè)計中考慮到過補償?shù)膯栴}，選擇分段斜坡補償以最大程度消除過補償現(xiàn)象；分析了大信號特性，并著重分析了負(fù)載躍變的情況，以及討論了提高負(fù)載躍變特性的方法，在實際電路設(shè)計