一种升压式PFM直流开关电源的设计与研究

论文摘要

开关稳压电源具有集成度高、外围电路简单、转换效率高等优点，在各种电子产品中得到广泛的应用。DC/DC变换器是开关稳压电源的重要分支。DC/DC变换器有多种不同的形式。可以有升压式、降压式、升降压式等，也可分为隔离式和非隔离式，根据控制方法的不同又可分为PFM模式、PWM模式和混合调制模式等。本次论文关于UC3500的版图设计是采用PFM升压式DC/DC的转化器，适合于轻负载的情况，具有很高的效率。但因应用的场合要求，功能比较单一。可以通过对此芯片功能的扩展，增加一些功能，如输出电压可有更多的选择、增加软启动功能以避免过冲、过热关断、欠压保护等，这样可适用于更广泛的领域。本论文采用集成电路逆向设计方法设计电路和版图。首先分析了稳压电源及DC/DC变换器的基本原理，根据功能要求和性能指标，进行了电路的总体设计；在完成电路原理分析与电路设计的基础上，对各功能模块进行了仿真、分析及设计。然后，进行了工艺设计和版图设计。电路的模拟结果显示设计满足要求，达到了设计指标；版图设计通过了DRC和LVS验证。仿真结果表明所设计的版图满足系统稳定性、负载调整率和响应速度的设计需求，很好的实现了系统软启动和输出滤波电感充电限流功能，且具有良好的电源噪声和共模噪声抑制能力，容差性能良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 开关电源的价值和研究的意义
• 1.2 国内外的动态
• 1.3 开关电源的发展的趋势
• 1.4 本文所要达到的目标和主要的内容
• 第2章 DC-DC 开关电源分类及基本原理
• 2.1 DC-DC 电源的分类
• 2.2 DC-DC 开关电源按拓扑结构分类
• 2.2.1 降压型（Buck）转换器
• 2.2.2 升压型（Boost）转换器
• 2.2.3 升降压型（Buck-Boost）转换器
• 2.3 开关电源调制方式
• 2.3.1 脉冲宽度调制（PWM）
• 2.3.2 脉冲频率调制（PFM）
• 2.3.3 混合的调制方式
• 2.4 DC-DC 稳态分析
• 2.4.1 连续导通模式
• 2.4.2 不连续导通模式
• 2.5 DC-DC 芯片中重要的性能指标
• 2.6 本章小结
• 第3章 升压式 PFM DC-DC 的系统设计
• 3.1 系统应用
• 3.2 外围的元器件的选择
• 3.2.1 输出的电容的选择
• 3.2.2 电感的选择
• 3.2.3 续流二极管的选择
• 3.3 芯片的性能指标
• 3.4 芯片系统结构设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 电路设计与仿真
• 4.1 带隙的基准电路
• 4.1.1 带隙基准电路的设计原理
• 4.1.2 带隙基准电路的仿真
• 4.2 偏置电路
• 4.3 误差放大器
• 4.4 限流比较器
• 4.5 振荡器
• 4.6 整体的电路及仿真
• 4.7 浪涌的消除
• 4.8 外围的电路的影响
• 第5章 版图的设计
• 5.1 BICMOS 工艺
• 5.2 电容
• 5.3 电阻
• 5.4 三极管
• 5.5 整体版图的绘制
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献