一种电流模升压dc-dc开关电源的分析与设计-analysis and design of a current mode boost dc - dc switching power supply.docxVIP

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2018-06-03 发布于上海
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一种电流模升压dc-dc开关电源的分析与设计-analysis and design of a current mode boost dc - dc switching power supply.docx

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一种电流模升压dc-dc开关电源的分析与设计-analysis and design of a current mode boost dc - dc switching power supply

摘要近年来，随着微电子技术和通讯技术迅速发展，极大地促进消费电子的研发和普及，电子设备已融入人类生活和工作之中，成为现代生活不可缺少的一部分。然而，不论是生活中所需的普通电器，还是应用尖端科技的电子仪器、电气设备，稳定可靠的电源是维持其正常工作的前提之一。开关电源可以实现较高的能量利用率，并且性能稳定，同时还有体积小等特点。电流模式DC-DC开关电源因为响应速度快、较高的稳定性以及内含限流保护等特点而得到了普遍的运用。在此背景下，本文通过仔细研究升压型DC-DC开关电源电路理论，通过分析电压改变和电感电流波动可能引起环路不稳定的过程，寻找相关的解决办法。最终设计一款用于LED驱动的开关电源电路。电路为Boost型开关电源变换器，采用峰值电流模式控制，并使用脉冲宽度调节的方式。电路的时钟频率为1.7MHz，输入电压范围为2.5V~5.5V，最大输出电压为20V，并且输出电流可以根据需要进行调节，并实现相对较高的稳定性。为了实现设计目标，设计了电路工作必要的模块，其中有带隙基准、振荡器、自适应斜坡补偿等。同时基于可靠性考虑，设计了欠压锁定模块等保护电路，使得芯片能够最大限度地在安全范围内工作并获得稳定精确的输出。在完成了子模块设计后，基于某公司0.5μmBCD工艺，使用CadenceSpectre仿真工具对所设计的电路进行仿真验证，并对总体电路进行仿真。结果显示，电路启动时间约为240μs。输出电压15.8V时，输出电流为61.2mA左右，其变化范围为±0.95mA；当保持调节电流的电阻不变时，改变负载LED的数目，输入电流的变化很小。另一方面，当改变调节电流电阻的阻值时，电流数值会呈反比例的变化，并且电流纹波很小。这些表明所设计的电路基本能实现输出电流的稳定，基本满足电路设计要求。关键词：开关电源，Boost，LED驱动，自适应斜坡补偿ABSTRACTDevelopmentofmicroelectronicsandcommunicationtechnologyhasgreatlypromotedtheresearchandpopularizationofconsumerelectronics.Theelectronicequipmenthasbecomepartofpeople’slives.Nomatterthecommonequipmentorthecutting-eagetechnologyinstruments,thestablepowersupplyisthepremiseofmaintainingtheiroperating.SwitchingPowerSupplycanachievehighenergyefficiency,stableperformanceandsmallsize.Becauseofthehighresponsespeedandcurrentprotection,theDC-DCconverterhasbeenwidelyadoptedindifferentfield.ThethesisresesrchsthetheoryoftheBoostDC-DCconverterandanalysesthereasonofunstableprocesswhichcausedbythechangingvoltageandinductancecurrentfluctuations.WefindtherelatedsolutionsanddesignaconverterforLEDdriver.ThecircuitisaBoosttypeconverterwhichadoptspeakcurrentmodeandplusewidthmodulation.Thefrequencyis1.7MHz,therangeofinputvoltageis2.5V~5.5Vandthemaximumoutputvoltage20V.Specially,theoutputcurrentcanberegulatedaccordingtherequirementandrealizeshighstability.Forachievingthepurpose,wehavedesignedtherelatedmodules,includingbandgapreference,oscillators,adaptivealopeaompensationandsoon.Consideringitsreliability,wedesignedtheundervoltagelockoutcircuitandotherprotectionmodulestomakethechipworkinthesafeoperatingarea.Afterthede