电流模式控制PWM单片开关电源的研究与设计

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半导体集成电路是现代电子信息产业的基础与核心,单片开关电源被誉为高效节能电源,以其体积小、重量轻、效率高、输出范围宽等优势成为稳压电源的发展方向。   作者在大量分析PWM调制、电流模式的开关电源管理集成电路的工作原理的基础上,提出了一种用于DC-DC变换的降压型电源管理集成电路。该电源管理电路是在CSMC(华润上华)0.5um标准CMOS工艺模型库下进行设计,在CadenceSpectre下进行仿真验证。   该开关电源管理集成电路的的拓扑结构为Buck型(降压型),工作状态为为电感电流连续状态,控制模式为自适应斜坡补偿的峰值电流反馈模式,调制方式为PWM(脉冲宽度调制)方式。作者对组成系统的的子模块:带隙基准源、误差放大器、锯齿波发生器、PWM比较器、自适应补偿电路、电流采样电路、软启动电路、欠压、过压、温度保护电路、逻辑控制电路进行了细致的设计。对构成系统的器件的参数进行了仔细的调整。对每个子模块进行了仿真验证。对模块仿真结果和模块工作过程进行了详细的分析。对系统的整体电路进行了仿真、优化。   特别是:在带隙基准中的启动电路利用版图冗余晶体管设计,减小了电路的规模,静态电流只有1-2uA,有效的降低了功耗;在带隙基准中采用非线性二阶电流INL对输出电压进行补偿,基准电压的温度系数达到了2.4×10-6V/℃;在运算放大器的设计中,输出级采用了Cascode(共源共栅)结构,减小了系统的密勒效应,提高了集成运放的电压增益,提高了系统的PSRR(电源抑制比)和CMRR(共模抑制比),输入管采用PMOS,减小了系统噪声;在斜坡补偿电路中采用自适应斜坡补偿电路,较好的解决了当前应用广泛的固定补偿电路的过补偿问题;在电流模式选择中采用了峰值电流电流模式,提高系统的响应速度;并且设计了更加稳定可靠的保护电路等。   经对系统电路的仿真验证,仿真结果表明:各个模块均达到了预定设计要求,整体电路性能达到预定设计要求。该电源管理集成电路输出电压为1.8V-4.5V,输入电压为3.3V-5.0V,内部工作频率为500KHz-1MHz。该电源管理集成电路达到基本使用要求,为便携式电子设备的应用奠定了良好基础。
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