高效率电压模同步降压型DC-DC转换器的研究与设计

摘要

本研究来源于西安电子科技大学的科研项目“电源管理类集成电路关键技术的理论研究与设计”，作者承担的是一款2MHz高效率电压模同步降压型DC-DC转换器芯片XD3012的设计。首先介绍了国内外电源管理技术的发展概况；接着仔细分析了降压型DC-DC转换器的基本结构和工作原理；然后对芯片进行了系统级的研究与设计，设定了电特性指标，分析了不同模式下的系统环路并设计了补偿网络；继而对芯片的关键子模块进行了电路设计与仿真验证；最后给出了芯片的整体性仿真结果。XD3012的工作频率为2MHz，并采用一种新颖的片内频率补偿技术，与传统补偿方案相比，该补偿不但稳定了环路，而且结构简单易于集成，减少了芯片的引脚数，节省了PCB面积，同时对误差放大器也进行了优化设计，以得到更好的负载阶跃响应；内部集成的软启动电路有效避免了芯片启动时产生的浪涌电流和输出电压过冲，实现了输出电压从零到调整值的平坦上升；芯片XD3012设置的轻载模式实现了宽负载范围内的高效率；芯片内置了完善的短路、过温、过流、欠压锁定等保护电路使芯片的工作更加安全、稳定。 XD3012的设计采用0.5μm CMOS工艺，并使用Cadence和Hspice仿真平台进行了前仿真验证，结果表明芯片很好地实现了其预设功能，性能良好。