基于脉冲调制的高压Buck型DC--DC设计与研究
电源是用电设备的核心，其中DC-DC开关电源具有高效率、宽电压范围、高性价比等优势。在汽车、油气勘探等应用领域，电压损耗、极端温度等因素会影响电源稳定性。例如在油气勘探中，井下高温环境使得半导体器件性能恶化，电路的工作点将会发生偏移，供电电源经几千米的长距离传输也将会发生损耗。因此，研究宽输入电压范围、耐高温、高压DC-DC开关电源芯片具有一定现实意义。 为此，论文基于XFAB 0.18μm高温高压工艺，设计了一款基于PWM的高压Buck型DC-DC开关电源芯片。主要工作如下:1、分析了 DC-DC开关电源的基本工作原理，给出芯片的整体框图及主要性能指标;通过开关周期平均推导了环路传递函数，进行环路稳定性分析并据此设计了环路补偿电路。2、针对宽输入范围、耐高温、高压指标需求确定芯片设计的技术路线，通过设计高增益误差放大器、高增益PWM比较器提高系统环路增益，保证低线性调整率;设计低温度系数的带隙基准源作为偏置，提升电路的温度特性;集成耐高压线性稳压器保证低压模块在宽输入范围内稳定工作;振荡器采用频率可调的RC振荡器，可灵活调整工作频率;同时集成软启动电路、过温保护电路等多种保护电路。3、基于Cadence Virtuoso设计平台完成电路原理设计，使用Spectre平台进行仿真，仿真结果满足设计指标后进一步完成版图设计与后仿真验证，前后仿真结果基本一致;之后交付流片并进行实物测试。 结果表明所设计的DC-DC电源芯片可在12～45V宽电压输入范围、-40℃～175℃的工作温度下输出稳定的5V电压，规定输入电压范围内线性调整率为0.0076％,负载调整率为0.194％,且具有良好的动态响应，瞬态过冲低于5％,整体满足设计指标需求。
直流-直流开关电源;脉冲宽度调制;芯片设计;环路增益;温度参数
北京化工大学
硕士
电子信息
俞度立;李为公
2023
中文
TN402
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）