【摘 要】
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论文课题来源于企业承接的工程项目,项目任务为分析和设计一款Buck型DCDC转换器。本项目是为台式计算机、服务器这一类低输出电压、点负载电源设计的单通道高效同步降压转换器。通过采用混合集成的方式在封装内集成半桥电源块、控制IC。为了实现轻重负载下的工作模式转化,提高转换器的效率,本设计创造性地采用了基于自适应导通时间的D-CAP模式进行环路控制。D-CAP(Directly from the ou
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论文课题来源于企业承接的工程项目,项目任务为分析和设计一款Buck型DCDC转换器。本项目是为台式计算机、服务器这一类低输出电压、点负载电源设计的单通道高效同步降压转换器。通过采用混合集成的方式在封装内集成半桥电源块、控制IC。为了实现轻重负载下的工作模式转化,提高转换器的效率,本设计创造性地采用了基于自适应导通时间的D-CAP模式进行环路控制。D-CAP(Directly from the output capacitors)由TI公司提出,具有高效率、超快速响应以及环路控制简单等特点。最终设计的Buck型DC-DC转换器,包括自动跳跃(Auto skip)和强迫连续时间导通(FCCM)两种工作模式,通过使用模式选择引脚(MODE pin)来切换工作模式,可以完美解决轻负载和重负载的应用场景。在输入电压为1.5V-12V、负载电流为14A的情况下,转换器的效率可以达到91%。论文的主要工作分为三个阶段,第一阶段是对D-CAP模式工作原理、环路稳定性、传输函数的分析;第二阶段是系统与模块电路的设计仿真;第三阶段是后端设计,包括版图的电源、地网络设计,Floorplan,以及芯片组的可靠性设计和封装设计。论文的具体工作内容包括:首先分析了DC-DC转换器的控制理论和三种基本拓扑结构的工作原理;接下来采用物理分析方法推导了D-CAP模式的工作原理,并研究了D-CAP模式下的环路控制理论;由于DC-DC转换器环路为非线性系统,在分析时需要简化为线性系统,论文通过将D-CAP模式等效为带纹波注入的COT架构,针对D-CAP模式搭建了系统级高层次模型,进而通过函数运算对环路稳定条件进行了详细推导,验证了系统模型的这正确性与可靠性;在模块设计时基于标准0.18μm BCD工艺,用Cadence仿真软件对系统的重要模块进行了设计与仿真分析,包括PWM比较器、恒定导通时间产生器、频率选择模块、驱动电路、斜坡补偿电路、全局使能模块等关键组成单元,仿真结果达到设置指标;最后对系统性能、效率、纹波及环路稳定性等指标进行了整体仿真分析,结果达到预期目标,完成流片。
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