DC-DC開關(guān)電源管理芯片的設(shè)計
本目的是設(shè)計一個基于PWM控制的boost升壓式DC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片,該芯片實現(xiàn)基于雙環(huán)(電壓環(huán)和電流環(huán))一階控制系統(tǒng)的電流模式PWM控制電路, 在該集成模塊內(nèi)將包括控制、驅(qū)動、保護、檢測電路等。最后在電路系統(tǒng)基本框架的基礎(chǔ)上,結(jié)合電力電子技術(shù)與微電子技術(shù),采用采用BiCMOS工藝,具體針對DC-DC變換電路的實現(xiàn)進行研究。
系統(tǒng)方面的設(shè)計以及系統(tǒng)框圖和各個功能模塊的設(shè)計思想
圖3 系統(tǒng)模塊原理框圖
下面分別的介紹系統(tǒng)各個功能模塊:
?、?誤差放大電路 誤差是用于調(diào)整變換器的高增益差分放大器。放大器產(chǎn)生誤差信號,他被供給PWM比較器。當(dāng)輸出電壓樣本與內(nèi)部電壓基準比較并放大差值時產(chǎn)生誤差信號。誤差放大器的2號腳Vref就是基準電壓產(chǎn)生的固定基準。
?、?PWM比較器 當(dāng)來自電流取樣信號,當(dāng)然是電感電流和振蕩器產(chǎn)生的補償諧波想加后的電流信號,超過誤差信號時,PWM比較器翻轉(zhuǎn),復(fù)位驅(qū)動鎖存器斷開電源開關(guān),以此來控制開關(guān)管的開通與關(guān)斷。
?、?振蕩器模塊 振蕩器電路提供一定頻率的時鐘信號,以設(shè)置變換器工作頻率,以及用于斜率補償?shù)亩〞r斜升波。時鐘波形為脈沖,而定時斜升波就是用于斜波補償?shù)?,在電感取樣端相加?/P>
④ 驅(qū)動器鎖存器 鎖存器包括RS觸發(fā)器與相關(guān)邏輯,它通過接通和斷開驅(qū)動電路來控制電源開關(guān)的狀態(tài)。來自鎖存器的低輸出電平把它斷開。正常工作方式下,在時鐘脈沖期間觸發(fā)器被置為高電平,當(dāng)PWM比較器輸出變?yōu)楦唠娖綍r鎖存器復(fù)位。
?、?軟啟動電路模塊 當(dāng)整個系統(tǒng)剛啟動時,電感產(chǎn)生一個很大的沖擊電流,軟啟動讓系統(tǒng)開始時不能在全占空比下啟動,使輸出電壓以受控的上升速率增加至額定穩(wěn)壓點。設(shè)計思想是利用外接電容的充放電使得占空比慢慢提高,達到輸出穩(wěn)定的目的。
?、?電流采樣電路 提供斜率補償電流靈敏電壓給PWM比較器。
?、?保護電路模塊 監(jiān)視電源開關(guān)的電流,若該值超過額定峰值,則該電路作用,重新開始軟啟動周期。
3.設(shè)計中必須要考慮的幾點細節(jié)問題
?、?關(guān)于斜波補償
這是在上文提到過的電流控制型開關(guān)變換器中存在的根本性問題。電流控制型就是將實際的電感電流和電壓外環(huán)設(shè)定的電流值分別接到PWM比較器的兩端進行比較,用來控制開關(guān)管。下面分析斜波補償?shù)脑?。如下圖分別是占空比大于50%和小于50%的尖峰電流控制的電感電流波形圖。
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