BUCK型DCDC开关电源芯片的设计与实现

西安电子科技大学

硕士学位论文

BUCK型DC/DC开关电源芯片的设计与实现

姓名：樊继斌

申请学位级别：硕士

专业：微电子学与固体电子学

指导教师：刘红侠

20090101摘要

摘要

ＤＣ／ＤＣ开关电源以其高效率、集成度高的特点在便携式电子产品中得到了

广泛的应用。随着集成电路技术的发展，结构复杂但性能更好的峰值电流模式ＰＷＭＤＣ／ＤＣ开关电源变换器已经成为市场的主流。本文介绍了降压型ＤＣ／ＤＣ开关电源变换器的拓扑结构与基本原理，重点分

析了降压型ＤＣ／ＤＣ变换器在各种模式下的工作原理，分析比较了它们各自的优

缺点。同时还对降压型ＤＣ／ＤＣ开关电源变换器的开环不稳定性、斜坡补偿及系统频率补偿进行了研究。

本文设计了一款基于ＢＣＤ工艺的单片ＢＵＣＫ型ＤＣ／ＤＣ变换器芯片。采用峰

值电流控制模式，内部时钟频率为３８０ｋＨｚ，集成功率管，具有欠压保护、过温保护、过流保护等功能。文中对该变换器芯片的主要功能模块如：基准电压电路、过温保护电路、比较器、误差放大电路、振荡电路与斜坡补偿电路、自举

电路、欠压保护电路、电流检测电路等进行了设计并给出了仿真验证结果。

通过Ｈｓｐｉｃｅ对变换器芯片应用电路的仿真，验证了设计的基于ＢＣＤＩ艺的单片ＢＵＣＫ型ＤＣ／ＤＣ开关电源芯片达到了设计的各项指标。芯片工作静态电流为２３衅、效率可达９５％，可应用于分布式电源系统、ＤＳＬ调制解调器、电池充电

器等。该芯片已流片成功，芯片版图面积为１．３ｐｘｎ×１．３￥ｘｒｎ。

关键词：ＢＣＤ工艺ＤＣ／ＤＣ脉冲宽度调制

电流模式ＡＢＳＴＲＡＣＴ

ＡＢＳＴＲＡＣＴ

ＤＣ／ＤＣｓｗｉｔｃｈｍｏｄｅｒｅｇｕｌａｔｏｒｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｌｌｏｖｅｒｔｈｅｗｏｒｌｄｆｏｒｔｈｅｖｉｒｔｕｅｓｏｆｈｉｇｈｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｈｉｇｈｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ．Ａｓｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｐｅａｋｃｕｒｒｅｎｔｍｏｄｅＰＷＭＤＣ／ＤＣｓｗｉｔｃｈｍｏｄｅｒｅｇｕｌａｔｏｒ谢ｍ

基于TL494的双向Buck-Boost BDC高效开关电源设计

黄仲平;徐航;沈烨

【摘 要】该文双向DC-DC变换器(BDC)的设计由PWM控制、驱动、功率变换及测控4大部分组成.PWM控制以TL494为控制核心,闭环调节电路占空比;PWM驱动由IR2111构成,驱动同步整流电路的开关管;功率变换采用同步整流电路为功率变换拓扑,实现DC-DC双向高效功率变换;测控电路以MSP430单片机为控制器,结合电流、电压采样电路,控制电路输出参数并显示.系统具有过流、过压保护功能,并能通过MSP430单片机实现高精度的程控.测试结果表明,采用同步整流电路能较好完成DC-DC功率双向变换,双向功率变换效率均达到95％以上,同时还具有很强的抗扰动能力.

【期刊名称】《实验科学与技术》

【年(卷),期】2017(015)001

【总页数】5页(P12-16)

【关键词】双向DC-DC变换器;TL494;IR2111;MSP430单片机

【作 者】黄仲平;徐航;沈烨

【作者单位】四川大学电气信息学院,四川成都610065;四川大学电气信息学院,四川成都610065;四川大学电气信息学院,四川成都610065

【正文语种】中 文

【中图分类】TN702 开关电源一般由脉冲宽度调制(pulse width modulation， PWM)控制IC和MOSFET构成，具有效率高、体积小、质量轻以及功耗小等特点，尤其是电源效率一般都超过了80，比传统的线性电源提高近一倍[1-3]。随着自动化产业的发展，开关电源技术也得到了不断地提高，应用领域也逐渐扩大[4]。不仅包括仪器仪表、测控系统以及计算机内部各供电系统，也适应各种消费类电子产品。开关电源逐步取代了传统的线性电源成为主流的电源产品，并且不断地向集成化、智能化、模块化发展[5]。

在一个直流供电系统中，并不局限于单一的“充电”或者“放电”模式，往往需要能量的双向流动。如电动汽车中的燃料电池，给汽车运动系统提供电能的同时从压缩机处吸收能量，只有吸收的能量大于等于提供的能量汽车才能正常运行[6-7]；太阳能电池阵也是如此，航天器外围的太阳能板是一个双向DC-DC变换器，即可以为航天器时刻提供工作电压，也需要不断吸收太阳能[8]；不停电(UPS)系统中的放电单元和充电单元也可以理解为双向boost-buck电源[9]。随着科技的发展，双向DC-DC供电系统应用会越来越广泛。

1

“DSP系统设计与创新实践”课程论文

论文名称： 基于TMS320F28027的DC-DC开关电源

学生姓名:

学 号:

专 业: 电子科学与技术

班 级:

2013年 6月16日 2 基于TMS320F28027的DC-DC开关电源

摘要

开关电源作为线性稳压电源的一种替代产物，在现代电子产品中已被广泛应用。因此作为学习电子科学与技术专业的当代大学生，相当有必要对开关电源进行相应的研究。本设计就是以TMS320F28027为核心控制芯片，采用脉宽调制(PWM)方式的降压型开关电源。我们利用7805和AMS1117的线性降压稳压芯片对12V的电源适配器进行双级降压，形成TMS320F28027专用的3.3V稳定电源；并通过TMS320F28027对输出电压进行实时AD采样，然后和根据GPIO 3的状态来设定输出不同电压时计算的AD的标准值进行比较，以调节输出为50KHZ的ePWM的占空比，并把该ePWM的矩形波信号经三级管9013初步放大之后，再经过三极管8050和8550构成的互补推挽放大器放大后来驱动功率场效应管（IRF4905）；从而利用BUCK型降压电路实现了稳定的5V或3.3V的电压输出。之后，我们对制作完成的开关电源进行了ePWM放大波形，输出电压和输出纹波的测试，对遇到的问题进行反复分析，并解决了部分问题。最后的通过实际测试，本设计基本上满足的当初的设计要求。

关键词：开关电源；TMS320F28027；互补推挽放大器；BUCK型降压器

引言

现在的开关电源具有转换效率高，体积小，工作频率高的特点，已经被广泛用于电子计算机、通信、航天、家电和国防等领域中。国内开关电源技术的发展，基本上起源于20世纪70年代末和80年代初，经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使小型开关电源的工作频率达到400kHz(AC/DC)或1MHz(DC/DC);软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率（国产6kW通信开关电源采用软开关技术，效率可达93%）；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污 3 染，又提高了开关电源的整体效率。[1]

芯片内的buck电路

芯片内的Buck电路

一、引言

芯片是现代电子设备中不可或缺的组成部分，而Buck电路是芯片内一种常见的电源管理电路。本文将对Buck电路进行介绍，包括其原理、工作方式以及应用领域等方面的内容。

二、Buck电路原理

Buck电路是一种降压型的开关电源电路，通过改变开关管的导通时间来实现对输入电压的降压。其基本原理是利用了电感元件的储能和释能特性，通过周期性的开关动作将输入电压切割成一系列脉冲，再经过滤波电路得到稳定的输出电压。

三、Buck电路工作方式

Buck电路的工作方式可以分为两个阶段：导通状态和截止状态。

1. 导通状态：当开关管处于导通状态时，电感储存能量，此时输入电压施加在电感上，电流开始增大。同时，输出电容开始向负载释放能量，以保持输出电压稳定。在此阶段，开关管的导通时间由控制信号控制，一般为固定的时间。

2. 截止状态：当开关管处于截止状态时，电感开始释放能量，此时电感上的电流减小，同时输出电容开始储存能量以维持输出电压的稳定。在此阶段，开关管的截止时间由控制信号控制，一般为固定的时间。

通过周期性的导通和截止状态的切换，Buck电路能够实现对输入电压的降压，并稳定输出所需的电压。

四、Buck电路应用领域

Buck电路由于其降压功能和高效率的特点，在各种电子设备中得到广泛应用。

1. 手机和平板电脑：在移动通信设备中，Buck电路用于将电池供电的高压转换为各个模块所需的低压，如CPU、射频芯片等。

2. 电视和显示器：Buck电路用于将输入电压转换为显示屏所需的低压，以供电源电路和背光模块使用。

3. 汽车电子：Buck电路在汽车电子中广泛应用，例如将汽车电池的高压转换为各个电子模块所需的低压，如汽车音响、导航系统等。

4. 工业控制和通信设备：Buck电路用于工业控制和通信设备中的电源管理，以提供稳定的低压电源。

五、总结

Buck电路是芯片内常见的电源管理电路，通过降压的方式将输入电压转换为输出电压。其工作原理是利用电感元件的储能和释能特性，并通过开关管的导通和截止状态的切换来实现。Buck电路在手机、电视、汽车电子和工业控制等领域中得到广泛应用。通过对Buck电路的研究和应用，可以提高电子设备的性能和效率，为人们的生活和工作带来更多便利和舒适。