一种升压式dc—dc开关电源控制芯片的设计

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1、卜海大学埘!I‘学位论文大限制。前面提到的附加调整电路虽然可以使输出精度增加，但又增加功耗，从而就进一步降低了效率。线性电源要达到50％的效率已经不容易，而剩余50％能量又会带来散热问题。如果使线性电源在一个通用的输入电压范围内工作，效率将更低，会有更严重的散热问题。而单一输入电压的线性电源又将给生产厂家带来麻烦，因为他们将不得不提供多种规格的电源。(2)开关电源在电子设备小型化，轻便化愈演愈烈，特别是便携式电子设备日益增多的今天，线性电源的应用越来越受到限制。一般来说，凡是用半导体功率器件作为

2、开关，将一种电源形式转变为另一种电源形式的主电路叫做开关变换电路，转变时采用自动控制闭环稳定输出并有各种保护环节的开关变换电路称为开关电源(SwitchingPowerSupplY)131。与线性电源相比，丌关电源输出精度更高，转换效率高，性能可靠。除此之外，开关电源最大的优势还在于能够大幅度缩小电源的体积，重量。这是因为，开关电源工作在50Kllz以上的高频条件下，而不是像线性电源工作在50Hz的低频状态，所需外围电感，电容尺寸大幅度减小，所以整个开关电源所需面积减少。开关电源主要分为Ac—D

3、c电源和DC—DC电源两大类：①Ac—Dc电源该类电源也称一一次电源，它自电网取得能量，经过高压整流滤波得到一个直流高压，供DC—DC变换器在输出端获得一个或几个稳定的直流电压，功率从几瓦一几千瓦均有产品，用于不同场合。②Dc—Dc电源在通信系统中也称二次电源，它是由一次电源或直流电池组提供一个直流输入电压，经DC—DC变换以后在输出端获得一个或几个直流电压。(3)IC在开关电源中的应用在模拟集成电路开始应用于电源产品后，开关电源的控制回路中的核心元器件可以分为两类，第一类为受控分立器件，包括晶

4、闸管、大功率双极性晶体管、DMOS和现在更常用的LDMOS、IGBT、MCT等。这些器件具有功率容量大、能量损耗低、开关速度快等特点，适用于电子设备，得到了广泛应用。第一类为丌关电源控制IC，开关电源控制IC于90年代中后期问世后，便显示出强大的生命力，j‘海大学硕lj学位论文目前它成为国际上开发中、小功率丁F关电源、精密开关电源及电源模块的首选集成电路。新一代丌关电源控制集成电路以功率半导体器件作为控制对象，通过周期性工作，控制开关组件的时间占空比来调整输出电压。1．2选题的意义和主要研究内容

5、由于开关电源在输出精度、转换效率、稳定性、体积、重量等方面具有线性电源不可比拟的优势，所以丌关电源技术在市场的推动下得到迅猛发展。在当今各类电池供电的便携式电子产品同益普遍的情况下，输出电压5v及5v以下的直流升压控制芯片具有广阔的应用前景和市场前景。目前国内外对开关电源控制芯片的研究与设计已经成为模拟技术中一个崭新的亮点，尤其是国内的工程技术人员正以电源管理芯片设计为契机，努力赶超世界模拟技术的先进水平。本文的选题正是基于目前开关电源管理芯片的发展趋势，结合市场需求提出的。本文的主要工作是设计

6、了一种高稳定性直流升压转换电源控制芯片，该芯片能够实现2．6v～5v输入，固定5v的输出电压，低至20uA的静态输入电流，高达85％的重载转换效率。芯片整体功能的实现需要相应的功能模块组合实现，为此本文设计了电压基准、误差放大器、振荡器、比较器、偏置与片选电路、过热保护电路、丌关管驱动电路、采样电阻网络、控制逻辑电路等模块。本文设计的控制芯片采用电压反馈控制模式、PWM调制方式，外部只需电感、电容、肖特基二极管、开关管四个器件便可组成完整的升压转换电路。1．3本文的创新点(1)本文参考RICOH

7、公司的RH5RH502B的技术指标，完全『F向地设计了一种可应用于小功率直流稳压的开关电源控制芯片。本文在设计当中采用从整体到局部的设计方法，划分功能模块，并根据系统指标确定各个功能模块的参数指标。这样做的好处是能保证系统的性能，又避免了孤立设计模块电路的盲目性。同时本文在对模块电路设计完成之后，又将芯片与应用系统电路相结合，进行整体电路的仿真，完成一个从局部到整体的验证过程。上海大学硕i一学位论文(2)带隙基准：本文对传统的带隙基准进行了改进，改进的目的是提高带隙基准的电源抑制比。该电路的基本

8、设计思想是集成一个电压减法器到传统的基准电路中。它将电源噪声直接添加到反馈环路中，并调整PMOS电流镜的栅源电压。此举将减小PM0$中的电流变化，从而使参考电压对电源噪声不再敏感。改进之后的带隙电路的仿真结果表明其电源抑制比为--92dB，比传统的带隙电路提高了30dB，增强了电路抗干扰的能力，更好地满足了系统对基准电压的精度要求。(3)过热保护电路：本文巧妙地利用双极性晶体管的pn结电压吃的温度系数为负温度系数的原理，设计了一种结构简单，工作可靠、新颖的温度保护电路。在温度升高的时候，由于双极