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作者：代培彦西安电子科技大学

学位级别：硕士

作为第四代照明光源,固态照明(SSL)在过去十年中发展成为现代照明系统的标准技术,发光二极管(LED)凭借其高发光率,高性能以及长使用寿命等优点,逐步替代了传统光源,成为人们日常生活中高性价比的照明器件。为满足对LED亮度、发光一致性... 详细信息

作为第四代照明光源,固态照明(SSL)在过去十年中发展成为现代照明系统的标准技术,发光二极管(LED)凭借其高发光率,高性能以及长使用寿命等优点,逐步替代了传统光源,成为人们日常生活中高性价比的照明器件。为满足对LED亮度、发光一致性和均匀性的有效调控,通过LED驱动电路提供稳定的电压或电流成为决定LED产品性能的关键电路模块,对其设计要求也日益提高。本文基于市场分析及企业研发需求,面向大功率,高电流精度的LED驱动,设计了一款基于降压型DC-DC的拓扑结构,采用平均电流模控制的具有宽输入电压范围,高PWM调光精度的恒流控制器。论文提出了一种低压自偏置高稳定性带隙基准电路,其工作控制环路采用全新设计的低端采样电路,只需采集功率MOS管开启阶段电流,同时正常工作状态为平均电流模连续导通工作模式(CCM),相比现有主流LED驱动芯片所采用的峰值电流模控制临界导通工作模式(BCM),具有输出精度高,抗噪声性能好,外围电路简洁等优点。此外,芯片具备最小导通时间设置、过温保护等辅助功能。经测试恒流控制器具有宽电压输入范围,工作电压范围从5V可达到48V;恒流精度高,根据散热条件输出60m A～2A电流,精度可达±3%;输出电流对输入输出电压及电感不敏感,抗噪声性能好;输出电流纹波小,无外部输出电容;无需斜坡补偿;能够满足高精度PWM调光需求,调光控制响应速度快,调光分辨率高。本文基于HHGrace 0.35μm高压BCD工艺,完成了芯片的电路设计与仿真、版图设计,并进行了流片验证,测试结果表明该芯片能够实现5V～48V输入电压,60m A～2A恒流输出电流,满足对2～12个串联LED灯珠的驱动,其中每个LED灯珠的压降为3.2V,且无需输出电容。

关键词：平均电流模 CCM 低端采样 LED驱动

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一种带自适应斜坡电压校准的Buck-Boost DC-DC变换器

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微电子学 2024年

作者：许仕海蒋丽韦雪明徐卫林韦保林韦家锐刘程斌广西无线宽带通信与信号处理重点实验室桂林电子科技大学国科微电子股份有限公司

传统平均电流模升降压DC-DC变换器在两升降斜坡电压出现交叠和分离时，电流控制环路误差比较器输出电压与斜坡电压无法正确比较，导致环路调制错误和阻塞问题。本文提出了一种斜坡电压发生电路，其采用环路调制信号反馈调节斜坡充放电... 详细信息

传统平均电流模升降压DC-DC变换器在两升降斜坡电压出现交叠和分离时，电流控制环路误差比较器输出电压与斜坡电压无法正确比较，导致环路调制错误和阻塞问题。本文提出了一种斜坡电压发生电路，其采用环路调制信号反馈调节斜坡充放电电流，实现两斜坡峰值电压自适应调整，优化了Buck-Boost DC-DC变换器反馈环路停滞和四开关同时调制的问题，减少功率管的开关损耗和导通损耗，有效提高变换器转换效率。基于0.18 μm BCD工艺设计，仿真结果表明，变换器在2.5V～5V输入电压范围，不同PVT变化情况下实现了BUCK/BOOST模式无缝切换，带载能力可达3A，最高峰值效率为97.46%。

关键词：升降压变换器自适应斜坡平均电流模

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非对称功率分配恒流恒压变换器的研究与设计

非对称功率分配恒流恒压变换器的研究与设计

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作者：郗登笛西安电子科技大学

学位级别：硕士

便携式移动设备对大功率需求不断发展,模块化和小型化也越来越普遍,对电源管理芯片的要求也越来越严格。在一些需要大功率输出的场合,单个电源输入已经很难满足需求,需要将变换器进行并联工作,对不同的输入进行非对称功率分配。模块并... 详细信息

便携式移动设备对大功率需求不断发展,模块化和小型化也越来越普遍,对电源管理芯片的要求也越来越严格。在一些需要大功率输出的场合,单个电源输入已经很难满足需求,需要将变换器进行并联工作,对不同的输入进行非对称功率分配。模块并联工作可以在提高功率处理能力的同时提高电路的容错能力,避免单个模块电流应力过大的问题。其中,恒流恒压变换器引起越来越多的重视,不仅可以简便的实现输出功率分配,同时具有带载能力强、输入输出范围大、稳定性设计简单的优点,拥有广阔的市场前景和应用范围。本文以平均电流模式控制的恒流恒压降压变换器为研究对象,首先介绍了Buck型DC-DC变换器拓扑结构,对其CCM、BCM和DCM模式中关键变量进行分析,并就PWM控制模式:电压模式控制PWM和电流模式控制PWM的优缺点进行比较,重点分析了平均电流模控制方式。传统的平均电流模控制采用电流检测放大器和电流调节放大器,电路结构和补偿网络复杂,本文采用电流误差放大器和电感电流编程Buffer实现平均电流模控制,补偿方式简单,同时实现精确的输出功率控制。采用状态空间平均法和开关元件平均法对变换器主电路建模,得到变换器小信号传递函数,结合控制回路模型,对环路稳定性进行分析。从单个变换器的可调限流功能出发,阐述并联系统的非对称功率分配原理。对电路的主要模块设计并仿真验证,包括:带隙电压基准、电流误差放大器、振荡器、电感电流编程Buffer和保护电路。采用0.35μm BCD工艺,基于Cadence仿真软件对电路进行仿真验证,结果表明:整体电路在空载条件下可以在1.25ms内启动,重载条件下在1.8ms内正常启动;变换器恒流恒压功能正常;并联工作时,变换器可以实现对输入功率的不对称分配;变换器转换效率最高可达到93%。最后根据版图设计规则,对版图进行布局、布线并进行了DRC和LVS,完成了芯片版图设计。

关键词：恒流恒压 DC-DC Buck 平均电流模功率分配

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基于BUCK拓扑DC-DC充电芯片的稳定性分析

基于BUCK拓扑DC-DC充电芯片的稳定性分析

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作者：满航西安电子科技大学

学位级别：硕士

现代社会中随着便携式电子设备的迅猛发展,DC/DC开关转换器凭借其自身优良的特性已经在各类电子设备中得到越来越多的应用。目前应用于电池充电中的开关电源转换器逐渐成为主流。本文主要对基于BUCK拓扑的单环平均电流模充电芯片的工作... 详细信息

现代社会中随着便携式电子设备的迅猛发展,DC/DC开关转换器凭借其自身优良的特性已经在各类电子设备中得到越来越多的应用。目前应用于电池充电中的开关电源转换器逐渐成为主流。本文主要对基于BUCK拓扑的单环平均电流模充电芯片的工作原理和稳定性进行研究。首先对系统的工作原理做了详细介绍。第二,对系统进行建模,分别计算出环路中各个模块的小信号传输函数,然后依据系统的稳定性条件,完成了误差放大器以及补偿网络的设计,并且利用MATLAB软件对系统稳定性进行了仿真验证,仿真结果显示系统开环直流增益为76dB,带宽为87KHz,相位裕度是56度,因此整个环路满足闭环稳定工作的条件;同时系统具有比较高的电源抑制比,直流情况下电源抑制比为75dB,在开关频率处系统的电源抑制比为49dB,因而系统可以稳定工作。第三,对影响稳定性的主要模块电路进行了设计,最终利用HSPICE软件对模块电路以及整个系统完成了仿真。该充电芯片采用三段式充电法:涓流、恒流、恒压充电模式,提高了充电效率,同时能够增加电池的寿命。其中在涓流和恒流充电过程中系统采用单环平均电流模PWM（Pulse Width Modulation脉冲宽度调制）控制方式,并且系统处于闭环工作,因而在充电过程中会存在环路稳定性问题,所以需要对整个系统的环路进行精心设计,本文主要对采样放大模块,误差放大器,PWM比较器的设计做了详细介绍。其中误差放大器作为调节系统稳定性的一个关键模块,它的性能直接影响着系统稳定工作与否,文中采用的误差放大器为折叠共源共栅结构的跨导型放大器,它具有比较宽的共模输入范围,高输出阻抗、高增益,同时具有较快的响应速度,满足系统的稳定性要求;在恒压充电过程中,系统处于开环工作状态,然而恒压过程很短暂,从而保证了充电截止电压的精度要求。在5V输入电压,800KHz的开关频率,0.1欧姆的采样电阻,涓流充电管脚接地条件下,对芯片进行整体仿真,电池电压在2.9V以下时,充电电流为0.1A;电池电压上升到2.9V以上时,充电电流是1A,并且充电电流精度高,可以实现稳定充电;当电池电压上升到4.2V时,系统进入恒压充电模式,电感的磁路不平衡,电感消磁大于充磁,因而电感电流开始下降,直到充电电流下降到0.1A时,延迟一段时间（本文中设置为1.8ms）,芯片充电使能信号关断,整个充电过程结束。

关键词： BUCK 平均电流模 PWM 建模稳定性仿真

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