近阈值电压启动的迟滞电流模BOOST型转换器设计

摘要

近年来，随着人们对无线能量获取方面的广泛研究，尤其是对各类环境能量的收集和利用，使开关电源的市场需求不断增大，如何设计一个低启动电压、低功耗、高转换效率的集成BOOST型直流-直流（DC-DC）转换器逐渐成为了大家的研究重点。
　　本文首先介绍了BOOST型直流-直流电压转换器的基本原理，详细对比分析了各种反馈模式、开关调制方式以及系统的功率级模型，并且根据市场应用需求，选择了迟滞电流模作为系统的反馈控制模式。接着对系统的低压启动原理进行了重点分析，给出一种新型、高效的三步近阈值电压启动电路模型，并且对芯片的低功耗设计提出了一些具体的解决办法。紧接着，根据前面系统级模型参数的确定，分别设计了各模块电路，包括近阈值电压启动电路、带隙基准源、误差放大器、迟滞比较器、全周期电流检测电路和过温保护电路，给出了详细的电路结构，并对其原理进行了细致的分析，最后，基于SMIC0.18μm双阱CMOS工艺，使用Spectre仿真工具对所有模块电路及系统进行了仿真验证。
　　仿真结果表明，本文所设计的BOOST型DC-DC转换器能够正常工作，并且各项参数均满足设计要求。其最低输入电压可以低至0.35V，负载电流范围为0.1-50mA，输出电压稳定在1.8V，且纹波很小（CCM下纹波<3mV，DCM下纹波<10mV）。在低输入电压（0.35V）下转换效率超过50％，当输入电压为1.2V，输出电压1.8V，负载电流25mA的情况下，转换效率高达91％。并且系统可以根据负载电流的变化自动在CCM和DCM两种模式间进行切换，提高了轻负载下系统的转换效率。芯片内置的过压、过温保护电路可以使芯片在各种复杂环境下都能安全的工作，抗振铃电路有效地抑制了电磁干扰对芯片性能的影响。

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第一章 绪论

1.1能量获取系统概述

1.2近阈值电压启动的低功耗开关电源的应用以及发展前景

1.3 论文主要内容及章节安排

第二章 BOOST型DC-DC转换器原理

2.1 BOOST型DC-DC转换器拓扑结构

2.2 BOOST型DC-DC转换器的工作模式和原理分析

2.3反馈环路控制模式选择

2.4同步整流技术

2.5 BOOST型转换器稳定性的分析与设计

2.6本章小结

第三章 近阈值电压启动的迟滞电流模BOOST转换器的系统设计

3.1系统功能及电特性参数的设计

3.2低压、低功耗设计

3.3芯片外围元件的设计

3.4本章小结

第四章 近阈值电压启动的迟滞电流模BOOST转换器模块电路设计

4.1近阈值电压启动模块

4.2带隙基准源设计

4.3误差放大器的设计

4.4迟滞比较器的设计

4.5全周期电流检测电路的设计

4.6过温保护电路的设计

4.7本章小结

第五章 近阈值电压启动的迟滞电流模BOOST转换器的整体仿真验证

5.1典型应用电路

5.2整体电路仿真

5.3本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

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