基于ACOT架构的Buck型DC-DC转换器研究

作     者：叶锦文 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋俊峰

授予年度：2024年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：ACOT架构 高瞬态响应 Buck芯片 DC-DC 

摘      要：近几年,芯片和集成电路产业凭借国家大力支持而迅速发展,各种电子设备的尺寸变得越来越小,需求的电压也越来越低。然而,各种电子设备需要处理的任务却越来越繁复,这对给它供电的电源转换器芯片提出了更高的要求:如何在低输出电压的条件下仍保持一定的输出电压精度,如何在负载频繁的变化中快速应对变化且提供稳定的输出。基于此,研究并设计一款具有较好输出电压精度的高瞬态响应的电源转换器芯片具有显著的学术价值和商业价值。 本文主要是研究一款基于自适应恒定导通时间（ACOT）架构的同步降压型（Buck）DC-DC电源转换芯片。该芯片具有较好输出电压精度和较高的瞬态响应,通常用来给那些瞬态响应要求高,工作电压比较低的电子设备供电。本设计芯片在ACOT架构本身就具有较高瞬态响应的基础上,通过对基础的自适应恒定导通时间生成电路进行改进,在检测到系统进入瞬态时通过延长它的导通时间来减小瞬态恢复时间和减小下冲,从而进一步提高了电路的瞬态响应。此外,在自适应恒定导通时间生成电路中,通过设计输出电压VOUT经过一阶有源低通滤波器得到k VOUT直流电压,再把这个直流电压作为此模块电路中比较器的参考电压,可以使ACOT生成电路产生的导通时间在每个开关周期内都更精确,从而在一定程度上也提高了输出电压的精度。另外,本设计的芯片最低输出电压可以达到0.8V,满足了输出低电压的需求。且在轻载时,开关频率会降低,内部开关损耗更小,芯片可以保持较高的效率。 本文使用华润上华（CSMC）0.18μm BCD工艺对电路进行设计,使用cadence的virtuoso,spectre等设计仿真软件,对芯片电路模块和整体进行电路设计以及对它们的性能进行了仿真验证。芯片瞬态响应仿真结果显示:在负载从轻载向重载跳变时,其瞬态恢复时间小于10μs,下冲约为60m V;芯片输出电压精度仿真结果显示,在输入3.3V,输出0.9V,负载1.5A,温度为27℃的条件下,得到输出电压精度为1.13%,满足设计的目标。