【正文】 輸出電壓判斷調(diào)整管是否導(dǎo)通，所以輸出電壓波動在所難免、精度不高。 （ b）高頻率 在 DC/DC 中，作為儲能元件的電感一般只能采用分立元件，但仍可通過提高DC/DC 的工作頻率來盡量減小電感體積，因此高頻化成為 DC/DC 未來發(fā)展的一大趨勢。 （ c）低維持電壓 電壓轉(zhuǎn)換器一旦啟動，能夠維持正常工作的最低電源電壓稱為維持電壓（ Holdon Voltage），維持電壓越低，電池能量利用的越充分。以 Buck 型衍生穩(wěn)壓電路為例，主要有：前向型 轉(zhuǎn)換器（ Forward Converter）、推挽型轉(zhuǎn)換器（ PushPull Converter）、半橋型轉(zhuǎn)換器（ HalfBridge Converter）和全橋型轉(zhuǎn)換器（ Bridge Converter）等。 (3) Buckboost 型轉(zhuǎn)換器 (Buckboost converter) Buckboost 型轉(zhuǎn)換器為一種反壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖 所示。 圖 Buck 型轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖 CCM 電流波形 圖 DCM 電流波形 高效 電流模 同步降壓型 DC/DC 集成電路 設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 4 僅當(dāng)功率管 Q1 持續(xù)導(dǎo)通時，輸出電壓達(dá)到最大值： )(1 onQio VVV ?? （ ） 其中， V Q1 (on)表示 Q1 導(dǎo)通壓降。對于開關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換器來說主要有三種基本結(jié)構(gòu)： Buck 型轉(zhuǎn)換器（ Buck Converter）、Boost 轉(zhuǎn)換器 (Boost Converter)和 Buckboost 型轉(zhuǎn)換器 (Buckboost converter)。由于AC/DC 變換必須經(jīng)過整流和濾波，因此體積相對較大的濾波電容必不可少，同時交流輸入還必須加 EMC 濾波即使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制了電源體積的小型化。 167。 20 世紀(jì) 90 年代以來是我國電力電子技術(shù)和電源管理技術(shù)的快速發(fā)展期。繼而在此基礎(chǔ)之上對開關(guān)型轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)、分類及其發(fā)展作出較為簡明的闡述。 電流比較器（ ICOMP） 振蕩器模塊（ OSC） 28 167。 電流環(huán)穩(wěn)定性分析與斜率補(bǔ)償 8 167。 1 167。該芯片采用同步整流、雙工作模式、低漏電壓等技術(shù)使得最高效率可達(dá) 96％。 為了消除大占空比工作時的亞諧波振蕩效應(yīng)，作者對斜率補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了深入的分析研究，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了斜率補(bǔ)償電路。 國內(nèi)外電源管理技術(shù)概述 工作模式的選取 使能控制與 PTAT 電流偏置（ ENABLE） 167。業(yè)界出現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大且具有國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，如“多諧振雙環(huán)控制的通信開關(guān)”、“單芯片控制的 500W 以下 PFC 控制器”、“智能化高頻開關(guān)電源”、“數(shù)千 kw 級的 IGBT 中壓變頻器”等。 開關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換器簡介 上世紀(jì) 80 年代計算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成了電源換代。另外由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決 EMC 電磁兼容的難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，同時也使得電源工作消耗增大，限制了其模塊化、集成化進(jìn)程。 （ 1） Buck 型轉(zhuǎn)換器 (Buck converter) Buck 型轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 所示，其中Q1 是功率管， CR 為續(xù)流二極管。 （ 2） Boost 轉(zhuǎn)換器 (Boost converter) Boost 型轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 所示。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)接收一個正電壓，輸出一極性相反的電壓，且該電壓在幅度上可以高于也可以低于輸入電壓，這一切都取決于功率管導(dǎo)通時間。 2．未來發(fā)展趨勢 為了滿足不斷發(fā)展的電子產(chǎn)品的需要，并且隨著半導(dǎo)體工藝水平不斷提高，集成 DC/DC 電壓轉(zhuǎn)換器的發(fā)展正呈現(xiàn)出以下趨勢和特點(diǎn)。有些電壓轉(zhuǎn)換器采高效 電流模 同步降壓型 DC/DC 集成電路 設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 6 用電源切換的方法已經(jīng)使維持電壓降到比啟動電壓低許多。 （ 3）多功能和多工作模式 不同的電子設(shè)備會有不同的電源需求，另一方面，由于電子設(shè)備自身功能愈加豐富，同一設(shè)備也往往會需要不同的電源管理模式，因此轉(zhuǎn)換器的功能與工作模式也趨于多樣化。 （ 4）完善的保護(hù)措施 開關(guān)電源作為一種電力電子集成器件，還需要增加各種保護(hù)措施以提高其可靠性，通常注意以下幾點(diǎn)： （ a）過溫保護(hù)：監(jiān)測芯片溫度，當(dāng)溫度過高時，自動關(guān)斷芯片，防止芯片燒毀。 本論文共分為五章，第一章對國 內(nèi)外電源管理技術(shù)、開關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換器及其發(fā)展趨勢簡要介紹；第二章對芯片進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建；第三章介紹設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)及其解決方案；第四章對 DC/DC 各模塊電路進(jìn)行具體設(shè)計和仿真驗證；第五章給出整體電路主要性能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；最后為結(jié)束語。該方法與一些必要的過流保護(hù)電路相結(jié)合，至今仍然被廣泛應(yīng)用。 這就存在一個矛盾。 電壓模式控制 PWM 的缺點(diǎn)： 1. 對輸入電壓的變化動態(tài)響應(yīng)較慢。因此（峰值）電流模式控制不是用電壓誤差信號直接控制 PWM 脈沖寬度，而是 通過 控制電感峰值電流間接地控制 PWM 脈沖寬度。峰值電流模式控制 PWM是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓外環(huán) 和 電流內(nèi)環(huán)。 5. 自動均流并聯(lián)功能。 主要 振蕩源 是 ：器件開啟時引起的電流尖刺，噪聲干擾，斜率補(bǔ)償瞬態(tài)幅值不足等。當(dāng)負(fù)載過低時， XD2607 將自動跳過某些觸發(fā)周期，即主開關(guān)在某些周期并不導(dǎo)通以保持輸出穩(wěn)壓。如果負(fù)載很小，電路可能在絕大部分時間里處于停機(jī)狀態(tài)，僅有靜態(tài)損耗，所以效率很高。該引腳電壓高于 則芯片處于正常狀態(tài)；引腳電壓低于 則關(guān)斷芯片。 GND 接地引腳。在 PMOS 主開關(guān)關(guān)斷時，同步 NMOS 開關(guān)便會導(dǎo)通進(jìn)行續(xù)流，直至反流檢測比較器 IRCMP 檢測到電感電流反相或者是下一個時鐘周期到來。 效率的考慮 開關(guān)電壓轉(zhuǎn)換器的效率等于輸出功率與輸入功率之比。在連續(xù)導(dǎo)通模式下有： )( BTGA TE CHG fI ?? （ ） 式中的 QT、 QB分別為頂部主開關(guān)和底部同步開 關(guān)的柵電荷。其次再設(shè)定芯片的其它主要電特性指標(biāo)。 1 μ A VMODE MODE 腳閾值 ● 2 V IMODE MODE 腳漏電流 ● 177。可以看出這是一個單極點(diǎn)系統(tǒng)： LsCRLRcIoV ??? 1 1 （ ） 這便是電流?？刂圃淼闹饕獌?yōu)點(diǎn)之一。由圖 ， 經(jīng)過一個周期 ， 由△ I0引起的電流誤差 1I? 為 ： 1201 mmII ???? （ ） 圖 電流模 DC/DC 控制環(huán)路模型 圖 峰值電流控制方式電感電流波形 第三章 XD2607 設(shè)計中的技術(shù)關(guān)鍵及其解決方案 17 同理，可以證明經(jīng)過 n個周期后 ， △ I0引起的電流誤差△ In為 ： nn mmII ?????????? 120 （ ） 由式（ ）得出如下結(jié)論 ： 當(dāng) m2m1，即 D50%時 ， 電流誤差△ In將逐漸趨于 0，故而 系統(tǒng)穩(wěn)定 ； 當(dāng) m2 m1，即 D50%時 ， 電流誤差△ In將逐漸放大 ， 從而導(dǎo)致系統(tǒng)失控。 該方法就是在控制電壓 Vc上疊加斜率補(bǔ)償電壓形成新控制電壓后輸入到PWM比較器一端 ， 與 PWM比較器另一端的電流反饋電壓比較?？梢钥闯鲈撔酒捎昧?在電流反饋電壓 上疊加 斜率補(bǔ)償電壓的補(bǔ)償方法。 Vcap經(jīng)由一級跨導(dǎo)運(yùn)放 SLOPE，輸出斜率補(bǔ)償電流 Islope， Islope與 Vcap之間的關(guān)系可表示如下： VcapmsgslopeI ?? （ ） 其中， gms為跨導(dǎo)運(yùn)放 SLOPE的增益。在某些芯片中斜率補(bǔ)償早在 10％占空比時就被引入，那么同樣的道理，芯片的帶載能力就會從 10％占空比開始下降。誤差放大器輸出的控制信號 VC 和斜率補(bǔ)償信號 Islope2均被引入該模塊，當(dāng) Islope2上升時輸箝位閾值也隨之上升；反 之亦然。則該閉環(huán)傳輸函數(shù)為： )(1 )()( sHβ sHsXY ?? （ ） 對于這個負(fù)反饋系統(tǒng)，如果同時滿足下列兩個條件，便可以在某頻率點(diǎn)ω 1 產(chǎn)生環(huán)路振蕩：其一，在ω 1頻率下，環(huán)路的移能夠使反饋?zhàn)優(yōu)檎答?；其二，此時的環(huán)路增益大于等于 1。 1. 電壓環(huán)路建模分析 [9][10][11][12][13] 要對電壓環(huán)路進(jìn)行正確的分析與頻率補(bǔ)償，波特圖是最為直接、有效的途徑，關(guān)鍵在于內(nèi)部調(diào)制器工作于開關(guān)態(tài)，因此對 DC/DC 來說，必須對電路中的開關(guān)態(tài)工作部分進(jìn)行建模，進(jìn)而做 AC 分 析得到波特圖，并在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)電壓環(huán)路頻率補(bǔ)償。根據(jù)（ ）式： )1( DfL DINVLppI ???? () 又因為 CCM 時的負(fù)載電流 Iload 與電感峰值電流 Ipeak之間只相差恒量2LppI。 A 的溫度特性與電源電壓特性分別 如圖圖 、圖 所示。 inout VCC。 end if(V(V_ERR)=V_REF1) I_TEMP=0。 I(I_OUT)+I_TEMP。 DC 增益等于電阻反饋網(wǎng)絡(luò)增益、誤差放大器電壓增益以及內(nèi)部調(diào)制器增益之積。 雖 然該輸出電容零點(diǎn)對芯片的穩(wěn)定性沒有貢獻(xiàn)，但值得一提的是：如果我們用兩個同樣的 COUT 并聯(lián)作為新的輸出電容，則可以將輸出極點(diǎn)頻率減半而不會影響到輸出電容零點(diǎn)。這對某些 芯片設(shè)計來說 是非常有 用 的。 誤差放大器增益為： )()()( EAoREAmgEAVA ? () 其中， gm（ EA） 為誤差放大器的跨導(dǎo)， RO（ EA） 是誤差放大器輸出阻抗。有了調(diào)制器模塊宏模型，下一步便可利用 AC分析測得電高效 電流模 同步降壓型 DC/DC 集成電路 設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 26 壓環(huán)路頻率特性，進(jìn)行頻率補(bǔ)償。amp。 parameter real V_REF1=。 最后再將 ()和 ()式合并就最終得到 A 以 外圍溫度和輸入電源電壓為變量的二 元函數(shù) ),( TVA IN ： )0( )(),(),( TA TATINVATINVA ? ? ?2 3 35 4 4 5 4 4 )l g (7 4 7 ????? TINV () 通過驗證，函數(shù) ),( TVA IN 對實(shí)際仿真 曲線 擬合精度在177。 對 ()式求導(dǎo)便可得到此時調(diào)制器的跨導(dǎo) gm（ MOD） 1： cdVkeapdIcdVloaddIM O Dmg ??1)( ARR RRRRR ?? ???? 31 32145 () 可以看出，此時的跨導(dǎo)為一恒值，設(shè)為 A。采用宏模型可以在一定的精度范圍內(nèi)使其端口特性和原電路端口特性相同，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度明顯降低。它們在穩(wěn)定性方面起著重要的作用?；蛘呖梢赃@樣講，就是在占空比大于一定值進(jìn)行斜率補(bǔ)償情況下，一方面補(bǔ)償信號 Islope1會將 ICOMP_SUB 的 P 端電位抬高，另一方面補(bǔ)償信號 Islope2又將其N 端抬高同樣的電位，這樣就保證了輸出最大電流門限不變。但是僅僅提高門限并不是個可靠的辦法，原因有二： 1. 誤差放大器輸出的控制信號會經(jīng)過一個 RC濾波網(wǎng)絡(luò)，該濾波網(wǎng)絡(luò)的時常數(shù)一般都很大，那么門限控制電平將無法跟上補(bǔ)償斜坡的快速變化。 對于 Buck型 DC/DC來說，電感電流下降斜率 m2＝LoV，再結(jié)合 （ ）、 （ ）、（ ）式可推導(dǎo)出 要保持系統(tǒng)穩(wěn)定的條件 ： 2211 mDm ??????? ?? Sam pl eO KLVDCcIRmsg ???????? ???? 2 115 高效 電流模 同步降壓型 DC/DC 集成電路 設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 20 DDCV LIRgK O Cmssam pl e 2 125 ???? （ ） 由式（ ）看出，如果需要改變斜率補(bǔ)償比例，我們只需對采樣比例 Ksample 做以適當(dāng)?shù)鼐驼{(diào)節(jié)，這樣大大地增強(qiáng)了電路的靈活性。電路通過 R2和 R3支路對電感電流采樣，將電感電流 IL轉(zhuǎn)換為電壓信號 Vsense。其中， m? 是斜率補(bǔ)償電壓的斜率。 （ 2） 輸出空載或輕載時電源失控。但電流?？刂撇⒉荒鼙ＷC電路一定具有理想控制電流源的特性，因為環(huán)路增益有限 ， IL也就不等于 IC。 1 μ A 高效 電流模 同步降壓型 DC/DC 集成電路 設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 16 第三章 XD2607 設(shè)計中的技術(shù)關(guān)鍵及其解決方案 由于電流模控制型電壓轉(zhuǎn)換器是一個雙環(huán)反饋系統(tǒng)：內(nèi)部電流環(huán)和外部電壓