基于模擬與數(shù)字控制技術的電源管理芯片關鍵技術研究.pdf

1、隨著集成電路制造技術的飛速發(fā)展，電源管理系統(tǒng)的集成度越來越高，電源管理芯片受到越來越多的關注，同時對電源管理芯片的要求也越來越高。在電源管理芯片的實現(xiàn)方式方面，傳統(tǒng)的模擬控制技術一直以來都被廣泛使用，同時近年來數(shù)字控制技術在電源管理芯片中也得到越來越多的使用。本文在對電源管理芯片的基本設計理論進行了研究之后，對電源管理芯片的模擬控制技術和數(shù)字控制技術都進行了一定的探討，并針對電源管理芯片的未來發(fā)展趨勢，對其中的一些關鍵設計技術進行了研究

2、，主要包括以下內(nèi)容:高壓Buck轉(zhuǎn)換器中低功耗啟動帶驅(qū)動電路設計、數(shù)字電源的設計基礎及建模分析、原邊反饋型反激變換器的多模式數(shù)字控制芯片設計和自適應的高精度原邊采樣技術研究。
　　本文首先研究了基于模擬控制技術的高壓Buck變換器，主要應用在汽車電子等高壓供電的場合，為了提高系統(tǒng)的集成度，減小體積，降低成本，采用了芯片內(nèi)部集成上開關管的方式。同時為了降低芯片面積和減小開關管上的導通損耗，采用了NMOS來實現(xiàn)上開關管，并且設計了一個

3、低功耗的啟動帶驅(qū)動電路，相比于傳統(tǒng)的啟動帶驅(qū)動電路，其自身功耗更低，并且可以最大的限度的提升上開關管的驅(qū)動電壓，進一步減小其導通電阻，提高系統(tǒng)效率。在控制方式方面也引入了PWM/PSM雙模式控制和自適應斜坡補償?shù)姆绞?，來進一步提高系統(tǒng)的效率及性能。所設計的芯片經(jīng)流片測試，驗證了設計目標。
　　在研究了基于模擬控制技術的Buck變換器之后，對數(shù)字控制技術進行了探討。數(shù)字控制技術作為一個新興的電源管理實現(xiàn)方式，受到越來越多人的關注，采

4、用數(shù)字控制技術實現(xiàn)的電源也被叫做數(shù)字電源。數(shù)字電源有可靠性高、集成度高、靈活性高等特點。因此本文針對數(shù)字電源的基本結(jié)構包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字補償器、數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器等進行了研究，詳細介紹了數(shù)字電源的基本設計思路，分析了數(shù)字電源中由于量化效應引起的極限環(huán)震蕩效應以及如何去避免。最后利用simulink軟件，對Buck變換器的數(shù)字控制器進行了建模分析。
　　對數(shù)字電源的基本理論進行研究之后，采用數(shù)字控制技術，設計了一款用于反激變換器的

5、控制芯片。該芯片采用高精度的原邊反饋技術，采用數(shù)字補償?shù)姆绞?，可以實現(xiàn)恒壓輸出和恒流輸出兩個功能。同時為了實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率，在恒壓輸出下根據(jù)負載大小分別采用PWM/PFM雙模式控制，而在恒流模式下，則引入了準諧振控制，實現(xiàn)片外開關管的零電壓開通。所設計的控制芯片最后通過流片，測試結(jié)果驗證了理論設計功能。
　　最后本文還對反激變換器中的原邊反饋技術進行了更深入的研究，提出了一種自適應的高精度原邊反饋技術，其采樣精度不受片外器件參數(shù)