2.5A BUCK型DC-DC开关电源芯片的研究与设计

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随着电子产品日新月异的发展,人们对电源的需求也越来越多。在电子设备中,不同的芯片对电源的要求不同。开关电源可以为芯片提供较为理想的电源电压,因此设计出拥有宽输入电压范围、大负载电流的DC-DC开关电源芯片很有必要。  本文在分析了降压型开关电源转换器的电路结构及工作原理的基础上,设计了一款PWM降压型DC-DC芯片。采用峰值电流PWM控制机制对MOS开关管进行控制,提高了系统响应速度和线性调整率;通过内部补偿电路的设计,减少了外部器件的使用。将MOS开关管和整流管集成在芯片内部,并采用同步整流技术,降低了开关节点噪声,提高了转换效率。在模块内部加入了跳周期模式,提高了轻载下的转换效率。  在完成系统结构搭建的基础上,通过对系统环路的分析,确定各电路模块的参数指标,分别对带隙基准、振荡器、误差放大器、电流比较器、PWM比较器、跳周期控制等电路模块进行了设计和仿真。完成了驱动能力强、耐高压的功率管结构的设计。为了保证系统的稳定工作,在芯片中设置了逐周期电流限制、短路保护、过压保护、欠压锁定、过温保护等保护模块。最后对整体电路进行闭环测试和验证,并完成了部分模块的版图设计。  芯片采用CSMC0.25μmBCD工艺设计,所有仿真使用Cadence Spectre仿真工具完成。仿真结果表明,所设计的DC-DC芯片的固定工作频率为340kHz,输入电压范围为4.5V~23V,输出电压范围为0.925V~20V,负载最大电流为2.5A。工作温度范围为-40℃~85℃,系统转换效率最高可达96%,轻载时效率也可达到80%以上。其他设计指标也达到系统设计要求。
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