一款電流模同步升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器XD1407的設(shè)計(jì).pdf

1、本論文以設(shè)計(jì)高性能芯片為目標(biāo)，結(jié)合當(dāng)前需求，在以西安電子科技大學(xué)的科研項(xiàng)目“電源管理類集成電路關(guān)鍵技術(shù)的理論研究與設(shè)計(jì)”的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款DC-DC轉(zhuǎn)換器XD1407。
　　論文首先對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行了介紹，然后結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)情況，分析了開關(guān)電源的核心組成部分DC-DC轉(zhuǎn)換器的重要性及發(fā)展趨勢(shì)；接著詳細(xì)闡述了直流轉(zhuǎn)換器的基本理論知識(shí)和工作過(guò)程，并對(duì)升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制方式及效率進(jìn)行了仔細(xì)研究，結(jié)合本芯片的特點(diǎn)，選取合適的控制方

2、式即電流模式，同時(shí)提出了提高效率的解決方案；然后對(duì)芯片XD1407整體架構(gòu)進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)，針對(duì)該芯片的環(huán)路穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)性建模，推導(dǎo)了該芯片在工作時(shí)的零極點(diǎn)位置，并對(duì)本芯片的穩(wěn)定性作出了仿真驗(yàn)證；繼而對(duì)芯片XD1407的關(guān)鍵模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求；本論文的最后一章是對(duì)芯片XD1407整體電路仿真結(jié)果的介紹。
　　升壓型XD1407的工作頻率為500kHz，固定不變，采用峰值電流模式控制，內(nèi)置功率開關(guān)管

3、和同步整流管，使其在應(yīng)用時(shí)外圍電路簡(jiǎn)單化，節(jié)省PCB面積；XD1407工作電壓范圍為2.5V-5V，在該工作范圍內(nèi)峰值電流為8A，帶載能力可以達(dá)到5A；芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)電路，有效防止了因輸出電壓或電感電流的過(guò)沖對(duì)芯片造成的損害；XD1407有兩種工作模式即PWM模式和輕負(fù)載模式，當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，通過(guò)檢測(cè)電感電流信息判斷該芯片工作于輕負(fù)載模式，該模式下芯片在連續(xù)工作幾個(gè)周期后，可進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠期間，主開關(guān)管和同步管都不能導(dǎo)通，將芯片

4、內(nèi)部大部分模塊關(guān)斷，使芯片的靜態(tài)電流降低，減小到55uA，此時(shí)導(dǎo)通損耗及開關(guān)損耗可以幾乎為零，輸出電壓開始下降。電路中通過(guò)檢測(cè)反饋電壓FB來(lái)控制輸出電壓的下降量，利用高精度比較器輸出脈沖控制信號(hào)，通過(guò)邏輯電路的處理后控制芯片退出休眠狀態(tài)，如此反復(fù)工作；隨著負(fù)載的逐漸增大，電感電流隨之升高，該芯片轉(zhuǎn)換為PWM工作模式，兩種工作模式之間可平滑切換，保證該芯片在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)均可以得到較高的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)具有較小的輸出電壓紋波；通過(guò)對(duì)升壓型D

5、C-DC轉(zhuǎn)換器的仔細(xì)研究，然后結(jié)合理論知識(shí)進(jìn)行建模分析，確定該芯片的頻率補(bǔ)償方案，通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，利用仿真軟件選擇合適的帶寬頻率和相位裕度，使系統(tǒng)環(huán)路可以穩(wěn)定工作。XD1407內(nèi)部同時(shí)設(shè)計(jì)了多種保護(hù)機(jī)制，使芯片在輸入電壓較低、過(guò)高溫度和過(guò)高電壓等條件下不被損壞。
　　XD1407基于某公司的0.35uM CMOS工藝，利用Cadence軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，確保仿真結(jié)果在不同的器件模型，不同電源以及溫度下均可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。仿真驗(yàn)證的