同步降压转换器电路设计基础
降压式变换电路（Buck电路）原理详解
降压式变换电路（Buck电路）原理详解⼀、BUCK电路基本结构开关导通时等效电路开关关断时等效电路⼆、等效的电路模型及基本规律（1）从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤波器设计的原则是使 us(t)的直流分量可以通过，⽽抑制 us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微⼩纹波uripple(t) 。
（2）电路⼯作频率很⾼，⼀个开关周期内电容充放电引起的纹波uripple(t) 很⼩，相对于电容上输出的直流电压Uo有：电容上电压宏观上可以看作恒定。
电路稳态⼯作时，输出电容上电压由微⼩的纹波和较⼤的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的⼩纹波近似原理。
（3）⼀个周期内电容充电电荷⾼于放电电荷时，电容电压升⾼，导致后⾯周期内充电电荷减⼩、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直⾄达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果⼀个周期内放电电荷⾼于充电电荷，将导致后⾯周期内充电电荷增加、放电电荷减⼩，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直⾄达到充放电平衡，最终维持电压不变。
这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态⼯作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态⼯作时的⼀个普遍规律。
（4）开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；⽽当开关S置于2位时，电感电流减⼩，电感释能。
假定电流增加量⼤于电流减⼩量，则⼀个开关周期内电感上磁链增量为：此增量将产⽣⼀个平均感应电势：此电势将减⼩电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致⼀个周期内电感电流平均增量为零；⼀个开关周期内电感上磁链增量⼩于零的状况也⼀样。
这种在稳态状况下⼀个周期内电感电流平均增量（磁链平均增量）为零的现象称为：电感伏秒平衡。
这也是电⼒电⼦电路稳态运⾏时的⼜⼀个普遍规律。
三、电感电流连续⼯作模式（CCM）下稳态⼯作过程分析。
基于DPLL同步的高频降压型DC-DC转换器设计
基于DPLL同步的高频降压型DC-DC转换器设计穆念强【摘要】数字电路在技术性能、集成化和设计周期各方面都超过模拟电路。
该文提出了一个采用数字锁相环（DPLL）实现同步的高频滞回控制降压型DC-DC转换器的设计。
数字锁相环锁定到参考时钟频率，使用数字控制延迟线（DCDL ）补偿占空比变化对转换器开关频率的影响，消除了开关频率对转换器输出电压的依赖性，有效解决了转换器的稳定性与快速阶跃响应的矛盾，转换效率、纹波等性能优越。
%This paper presents a design of digital phase-locked loop (DPLL ) synchronized high-frequency hysteretic control DC-DC buck converter . Digital phase-locked loop operation is locked to the reference clock frequency ,and digital control delay line (DCDL) is used to eliminate the duty cycle’s ,and hence the output voltage’s ,effect on the switching frequency ,which effectively solves the trade-off between stability and quick step response performance ,and provides superior performance in conversion efficiency and ripple reduction .【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2013(000)011【总页数】5页(P98-101,106)【关键词】DC-DC转换器;数字锁相环;数字控制延迟线【作者】穆念强【作者单位】山东铝业职业学院电气工程系，山东淄博 255065【正文语种】中文【中图分类】TM464最近10年，嵌入式技术促进便携式电子产品以惊人的速度迅猛发展和普及。
同步降压式DC-DC转换器的稳定性设计
不 同 的 电子 设 备 可 能 对 电源 系 统 有 不 同 的结 构 要
求 ，但 对 电源 系 统 转 换 效 率 的 要 求 却 基 本 相 同 。
Ｄ — Ｃ Ｃ Ｄ 转换 器 主要 用 来 实 现 电源 系 统 中 的二 次 电 压 变 换 或 是 手 持 式 设 备 等 用 电池 供 电设 备 的一 次 电压 变 换 ，其 可分 为 隔 离 与 非 隔 离 型 、升压 与 降 压 型 、 同步 与 异 步 型 等 等 。随着 半导 体 片 向低
Ｋｅ ｙｗｏｒ ｓ ＤＣ— ｄ： ＤＣ ； ｉ ｅ ｒ ｒｇ ａｏ ； ｃ ｔｋ ｏ ｅ； ｙ ｈ ｏ ｕｓｂｕ ｋ； ｍｐ ｓ ｔｏ ｔ ｒ Ｌ ｎ ａ ｅ ｕｌｔｒ Ｓ ｈｏｔ ｙ ｄｉｄ Ｓ ｎｃ ｒ ｎｏ ｃ Ｃｏ ｅｎ ａ ｉｎ ｎｅｗｏ ｋ
现 代 电子 设 备 巾 郜 包 含有 电源 系 统 ，且 电 源 来自１ ｒ Ａ ＣＣ Ｖ
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Ａ ｂｓｒ ｔ ｔ ａｃ ：Ｄｕ ｕ ｔｅ ｈ ｇ ｆｉｉ ｎ ． ｅ Ｉ ｈ ｉ ｈ ｅ ’ ｅ ｔ ＤＣ—ＤＣ ｃ ｎｖ ｒｅ ｓｗｉ ｅ ｙ ｕ ｅ ｎ ｍ ｏ ｅ ｎ ｅｅ ｔｏｎｃ ｄ ｖｃ ｓ ｔｃ ｏ ｅｔ ｒｉ ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ｄ ｒ ｌｃ ｒ ｉ ｅ ｉｅ ．Ａｓｔ ｅ ｔｃ ｎｏｏ ｙ ｈ ｅ ｈ ｌｇ
降压型(BUCK)DC-DC电路的设计与制作设计报告
课题三：降压型（BUCK）DC-DC电路的设计与制作姓名：学号：得分：一、实验目的1). 学习和了解DC-DC变换电路的特点；2). 掌握降压型（BUCK）DC-DC电路的结构和工作原理；3). 熟悉强、弱电电路的隔离应用；4). 培养电子电路的设计能力和基本应用技能。
二、课题任务1）设计参数要求：=12V；① DC-DC主电路输入电压VI②输出电压: V=5V；O=1A；③输出电流：IO④输出电压纹波峰-峰值 V≤50mV，即纹波≤1%；pp=5W。
⑤额定输出功率PO2）PWM驱动信号：=20kHz；① PWM驱动信号频率fS② PWM驱动信号占空比可调；3）驱动电路：驱动电路应为单端输入、双端浮地输出。
5）撰写完整的实习报告。
三、实验原理BUCK电路就是降压电路，开关S闭合的时候，VD二极管承受负压关断，电感充电，电流正向流动，电流值呈现指数上升趋势。
开关S断开的时候，VD 二极管起续流作用，电感开始放电，电流逐渐下降，通过负载和二极管回到电感另外一端，短暂供电。
这样电压就能降低。
实际使用的时候，S开关是通过MOSFE 或者IGBT实现的，输出电压等于输入电压乘以PWM波的占空比。
开关电源总的来分有隔离型和非隔离型电路。
所谓非隔离型电路是根据电路形式的不同，可以分为降压型buck电路、升压Boost型电路、升降压Buck-Boost 型电路、Cuk型丘克电路、Sepic型电路、Zeta型电路。
我们这里主要分析降压型DC-DC转换器的工作原理，Buck电路如图1所示。
图中功率MOSFET为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定;L和C为滤波元件;开关截止时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。
控制电路输出信号使开关管VT导通时，滤波电感L中的电流逐渐增加，因此贮能也逐渐增大，电容器C开始充电。
忽略MOSFET的导通压降，MOSFET源极电压应为Uin。
图1 降压变换器原理图当施加输入直流电压Ui后，降压型电路需经过一段较短时间的暂态过程，才能进入到稳定工作状态。
什么是降压变换器如何设计一个降压变换器电路
什么是降压变换器如何设计一个降压变换器电路降压变换器（Buck Converter）是一种电力转换设备，其作用是将输入的电压降低到较低的输出电压。
它在电子设备中广泛应用，例如手机充电器、电脑电源等。
本文将探讨降压变换器的原理和设计一个降压变换器电路的步骤。
一、降压变换器原理降压变换器通过控制开关管的导通和关断，实现将高电压输入转换为低电压输出的过程。
1.1 基本工作原理降压变换器由输入电压源、开关管、电感、二极管和负载等元件组成。
当开关管导通时，输入电压施加在电感上，同时负载电流也经过开关管，此时电感储能。
而当开关管关断时，电感释放能量，以供给负载电流。
通过不断的循环工作，实现了输入电压到输出电压的降低。
1.2 工作模式降压变换器主要有连续导通模式和间断导通模式两种工作模式。
- 连续导通模式：当负载电流为零时，电感电流仍然连续导通，其特点是输出电流连续，适用于负载较大的情况。
- 间断导通模式：当负载电流为零时，电感电流终止，其特点是输出电流存在间断，适用于负载较小的情况。
二、设计一个降压变换器电路的步骤设计降压变换器电路需要考虑电压转换比、电流波动、效率等因素。
以下是一个基本的设计步骤：2.1 确定输入和输出参数首先要确定需要将输入电压转换为多少输出电压，并估计输出电流的大小。
这些参数将决定电路中各元件的选取。
2.2 选择开关管和电感开关管通常选择MOSFET，在设计时要考虑其最大电流和导通电阻。
而电感的选取则需要根据设计的输出电流和电感的电感值来确定。
2.3 选择输出二极管和滤波电容输出二极管选取时要考虑其反向电压和反向恢复时间。
滤波电容的选取需要考虑负载电流的稳定性和纹波电流的大小。
2.4 设计控制电路控制电路通常采用脉宽调制（PWM）控制方式，通过调整开关管导通时间来控制输出电压的稳定性。
2.5 进行模拟和实验验证在设计完成后，进行电路的模拟分析和实验验证，通过实际测量结果来验证设计的准确性和稳定性。
如何设计面向大降压比应用的同步降压转换器
如何设计面向大降压比应用的同步降压转换器引言DC-DC 降压转换器已在工业领域得到了广泛应用，其中最常用到的拓扑便是降压转换器。
半导体技术的发展使得现今的电子设备能在越来越低的3.3V、2.5V、1.8V 甚至低至1V 电压下工作。
传统采用一个二极管的降压转换器的转换效率很低，尤其是在较低的输出电压下，原因是由于二极管通常会消耗不少的功率，其典型正向电压降为0.35V~0.5V，从而造成了较大比例的功率损耗。
同步降压转换器采用MOSFET 来代替二极管，该解决方案具有高效率、高输出电流和低输出电压等优势。
MOSFET 中的电压降与其接通电阻和电流成比例，其典型值为0.1V~0.3V。
因此，功率损耗便可大大下降，从而达到很高的转换效率。
另一方面，许多应用要求的输入电压范围很大。
例如汽车应用中要求的输入电压范围比较大，而汽车电池的电压一般为12V 或24V，在尖峰情况下可能会达到40V。
由于输入电压很高而输出电压很低(或者是输出电流很高)，因此需要使用大降压比的转换器。
具有大降压比和低输出电压特性的功率转换器一般采用两级转换。
第一级转换是将高输入电压转换为中间电压，第二级转换则将中间电压转换为需要的低输出电压。
采用两级转换的原因很多。
首先，大降压比则意味着需要低占空比。
例如，一个24V 输入及1.2V 输出的转换器，其要求的占空比为0.05，这对效率和性能而言都非常不利。
甚至对于一般的降压转换器而言，这个很低的占空比是无法达到。
第二，支持输出电压低于1.2V 的设备一般其输入电压不会大于10V 到15V。
但是，根据之前所述，在汽车等一些设备中，甚至会出现高达40V 的高输入电压。
可是，对于能接受20V 以上输入电压的设备，其输出电压往往都高于1.2V。
因此，对于高输入低输出的电压应用来说，采用两级转换是非常合理。
两级转换的不良效率效率是两级转换器所需要关注的一个主要问题。
尽管对个别级的转换而。
一种高效率同步降压型DC—DC转换器集成电路的设计
一种高效率同步降压型DC—DC转换器集成电路的设计设计了一种高效率同步降压型DC-DC转换器集成电路。
采用了同步整流技术和突发模式控制技术，使得转换效率高达92%。
采用根据不同占空比调节斜率补偿技术—四段式斜率补偿，提高电路性能的同时可以有效地提高了系统的稳定性。
集成了完善的保护电路，包括过压保护、过温保护和短路保护等，使得系统更安全、更稳定。
标签：降压型DC-DC；四段式斜率补偿技术；突发模式；同步整流引言随着科学技术的发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。
任何电子设备都离不开可靠的电源，并且对电源的要求也越来越高。
同时，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。
目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。
它为现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源。
本文开发的集成电路，采用了同步整流技术和突发模式控制技术，在轻负载条件下也具有很高的转换效率。
采用根据不同占空比调节斜坡补偿技术，消除亚谐波振荡。
1电路原理1.1电路内部原理结构图图1为内部原理结构图，包括使能电路、带隙基准电路、振荡器、误差放大器、脉宽调制比较器电路、突发模式电路、斜率补偿电路和保护电路等。
1.2使能电路输入部分由上拉PMOS管和迟滞整形电路组成。
由于上拉PMOS管处在饱和状态，并且W/L很小，所以上拉管电阻很大。
输入部分这样设计是为了防止电源电压的抖动对芯片的影响。
只要EN管脚达到NMOS的阈值电压，NMOS 就会导通。
1.3基准电路带隙基准的工作原理是根据硅材料的带隙电压与电压和温度无关的特性，利用VT的正温度系数与双极型晶体管基极-发射极间的电压VBE的负温度系数相互抵消，来产生低温漂、高精度的基准电压源。
电路由运放、ΔVBE产生电路、修调和分压电路组成。
根据带隙基准原理可以得到该电路的ΔVBE其中R4、R5、R6、R7、R8和R9是修调电阻，就是为了修调出零温度系数的带隙基准电压值。
课件下载-使用DSPIC DSC SMPS系列的同步降压转换器设计
− 可同时采样 − 可单独地定时采样 − 精确定时的样本采集
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1065 SMD
第12张
频率
增益裕度
-270°
第25张
数字控制回路 及稳定性
数字采样率必须大于奈奎斯特频 率6 – 10倍
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1065 SMD
第26张
计算控制延时和带宽
数字控制器：
PID计算 1.5 μs
参考值 误差
PWM 开关延时 更新延时 50 ns 50 ns
这种抖动称为“极限环振荡（Limit Cycling）”， 将导致纹波电流和混乱的控制回路行为。
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第8张
SMPS PWM发生器
触发 ADC 控制寄存器 占空比 MDC MUX CPU 占空比 比较器 局部时基 计数器 比较器 触发值 相位偏移或 独立周期 主时基 计数器 比较器 主周期
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基本反馈控制系统
可观察到 的输出
参考值
+
∑ -
误差
控制器
指令
受控对象
反馈
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1065 SMD
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SMPS数字控制系统
低功耗同步DC-DC降压变换器的研究与设计
低功耗同步DC-DC降压变换器的研究与设计低功耗同步DC-DC降压变换器的研究与设计随着信息技术的快速发展，便携式电子设备的需求日益增长。
为了满足这些设备对高性能、低功耗的需求，同步DC-DC降压变换器成为了广泛应用的电源转换电路。
本文将研究并设计一种低功耗的同步DC-DC降压变换器，以提供高效的电能转换。
首先，我们将对同步DC-DC降压变换器的工作原理进行深入研究。
同步DC-DC降压变换器包括两个主要部分：输入电压的变换电路和输出电压的滤波电路。
其中，变换电路由开关器件和电感组成，起到将输入电压变换为合适的输出电压的作用。
滤波电路采用电容器和滤波电感，用于滤除变换电路产生的交流噪声，确保输出电压的稳定性。
其次，我们将对低功耗的设计方案进行探讨。
为了实现低功耗的要求，我们将采取以下措施：1. 选择高效的开关器件：开关器件是同步DC-DC降压变换器中最重要的组成部分。
我们将选择具有低导通和低开关损耗的器件，以提高转换效率。
2. 合理设计电感和电容：电感和电容是变换和滤波电路的关键组件。
我们将通过合理设计电感和电容的数值和布局，以减小能量损耗，并提高电能转换效率。
3. 优化控制策略：同步DC-DC降压变换器的控制方式对于提高转换效率非常重要。
我们将采用先进的控制算法，如模拟控制或数字控制，以提高功耗效率和稳定性。
最后，我们将进行同步DC-DC降压变换器的实验验证。
在设计阶段，我们将使用电路模拟软件进行仿真，并进行性能评估和优化。
之后，我们将根据设计方案进行原型制作与测试。
通过使用高精度的测试仪器，我们将评估实际电路的转换效率、稳定性和功耗等指标，以验证设计的可行性。
通过研究与设计一种低功耗的同步DC-DC降压变换器，可以为电子设备提供高效、长续航时间的电源解决方案。
这将对满足现代社会对电子设备便携性和使用时间的要求具有积极影响。
未来，我们可以在现有设计的基础上进一步研究和改进，以提高功耗效率和降低成本，满足电子产品日益增长的能耗需求。
一种同步降压型DC_DC开关电源IC的设计
同步降压型DC/DC 开关电源设计一、引言电源是一切电子设备的动力心脏，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。
它分为线性电源和开关电源两种，开关电源又分为AC/AC 电源、DC/DC 电源、AC/DC 电源、DC/AC 电源。
开关电源以其效率高、体积小等优点，在通信、计算机及家用电器等领域得到广泛应用，特别是目前便携式设备市场需求巨大，DC/DC 开关电源的需求也越来越大，性能要求也越来越高，而DC/DC 开关电源的设计也更具挑战性。
二、降压型开关电源工作原理O在开关管S 开启时，若忽略S 上的压降，流过电感L 的电流为L I ，并且会呈上升趋势，有如下关系：OUT IN L V V dtdI L -= 其中Vin ，out V 认为是稳定常量，可得下式：T V V I I L O U T IN L )()(0-=-Io 为t=0时电感中的初始电流。
当开关S 关闭时，电感电流L I 将通过二极管D 续流，此时，L I 将减小， 电感L 中的电流L I ，在开关S 开启时上升，而在S 关闭时下降。
三、控制电路设计1、电流源电路的设计由于采用了自偏置结构，电路在开始工作时很容易进入0平衡状态，而使得电路不能正常工作。
3MP ，4MP ，5MP 构成自启动电路，当刚加电源电压时，通过4MP 为1MN 注入电流，当电流到一定值时4MP 关断，4MP 停止供电，此时电流BIAS I 建立。
图显示了在DD V =3.3V ，EMP T =25℃时，该电流源的启动过程。
其中A 为6MP 栅极电压，B 为4MP 栅极电压，C 为电源电压。
VDD2、基准电压电路的设计基准电压电路为芯片中提供稳定的偏置和比较基准。
因而要求该电压对电源电压变化和温度变化均不敏感。
基准电压可以表示如下：REF V =)(ON RE V +T MV将与温度相关的参数对温度Ｔ求偏导，则BEF V 的温度系数表现如下：T V REF∂∂=T V O N BE ∂∂)(+M TV T ∂∂令BEF V 的温度系数为零，那么可求得M 的值。
了解电力电子技术中的降压变换器设计要点
了解电力电子技术中的降压变换器设计要点降压变换器是电力电子技术中常用的一种电路，在众多应用中起到降低电压的作用。
它能将高电压输入转换为所需的低电压输出，广泛应用于各个领域，例如通信设备、工业控制和电力系统等。
本文将从电路拓扑结构、元件选择和参数设计等方面介绍电力电子技术中降压变换器的设计要点。
一、电路拓扑结构在电力电子技术中，常见的降压变换器拓扑结构有降压型稳压器、降压型开关稳压器和降压型开关模式电源等。
1. 降压型稳压器：这是最简单的降压变换器拓扑结构之一。
它由一个电阻、一个二极管和一个电容组成。
输入电压通过电阻和二极管减小，并经过电容滤波，得到稳定的输出电压。
这种拓扑结构简单、成本低廉，但效率较低，只适用于小功率的应用。
2. 降压型开关稳压器：这种拓扑结构是基于开关原理。
它由开关管、变压器、整流电感、滤波电容和负载组成。
通过开关管的开关动作与变压器的变换，将高电压转换为低电压，并经过滤波电路得到稳定的输出电压。
这种拓扑结构效率较高，适用于中等功率的应用。
3. 降压型开关模式电源：这是目前应用最广泛的降压变换器拓扑结构之一。
它以开关管为核心，通过控制开关管的开关状态和频率来实现电压变换。
它具有高效率、高稳定性和快速响应等特点，适用于大功率应用。
二、元件选择在设计降压变换器时，正确选择元件非常重要。
以下是几个常见的元件选择要点：1. 开关管选择：开关管是降压变换器中的核心元件。
应选择具有低导通电阻和开关速度快的开关管，以提高效率和响应速度。
2. 变压器选择：变压器是降压变换器中的关键元件。
应根据输入电压、输出电压和功率需求正确选择变压器参数，包括匝数比、绕组电阻和饱和电感等。
3. 电容选择：电容用于滤波和储能，应选择电容容值和工作电压合适的电容。
同时，注意电容的ESR（等效串联电阻）和频率响应特性，以提高稳定性和滤波效果。
三、参数设计在降压变换器设计中，参数设计是关键步骤之一。
以下是几个常见的参数设计要点：1. 输入电压范围：根据应用场景和需求确定输入电压范围，以确保变换器在各种工况下正常工作。
高效率同步降压型转换器的版图设计研究初版
摘要随着集成电路已经进入深亚微米时代，版图设计早已成为集成电路产业链中重要的一环。
它不仅是芯片是否能被生成的保证，同时也关系到实际产品的性能是否能满足预期的目标。
因此，同步降压型转换器的版图设计研究具有非常重要的意义。
该芯片是一个高频率，同步整流，降压型开关模式转换器。
具有内置的功率MOS，实现了连续输出2A电流，具有优异的负载和电路调控能力。
在很宽的输入电压范围，该芯片具有同步操作模式，在保证输出电流效率更高的范围内，电流模式能提供快速的瞬态响应和简化环路稳定性。
该芯片具有完整的保护功能，如过电流保护和热关机。
该芯片采用的是节省空间的SOT23-8引脚封装。
关键词：高效率，同步整流，电流模式ABSTRACTWith the integrated circuit has entered the deep sub-micron times,the layout design had became an important part of the integrated circuit industry is not only the chip can be generated,but also related to whether the actual product performance can achieve the expected ,it is very important to research layout design of the synchronous and step-down converter.This chip is a high-frequency, synchronous,rectified, step-down, switch-mode converter with built-in power MOSFETs. It offers a very compact solution to achieve a 2A continuous output current with excellent load and line regulation over a wide input supply range. The MP1494 has synchronous mode operation for higher efficiency over the output current load range. Current-mode operation provides fast transient response and eases loop protection features include over-current protection and thermal shut MP1494 requires a minimal number of readily-available standard external components,and is available in a space-saving 8-pin package.Key words：high-frequency, synchronous rectifier,current mode目录第1章．课题整体框架.............................................. 课题任务............................................................. 课题要求............................................................. 研究意义............................................................. 第2章．设计方案.................................................. 软件部分............................................................ 软件工具............................................................ cadence操作说明.................................................... 集成电路版图可靠性需要避免的三大效应................................ PAE................................................................. Latch_up............................................................ ESD效应............................................................ 子模块版图.......................................................... LDO模块............................................................ UVLO模块........................................................... freq_comp模块...................................................... control_logic模块.................................................. current_sense模块.................................................. EN模块............................................................. HS_control模块..................................................... OCP模块............................................................ EA_compensation模块................................................ 模块................................................................. 模块................................................................. 模块................................................................. 模块................................................................. 模块................................................................. 模块................................................................. 顶层版图............................................................ 顶层版图布局........................................................ 顶层版图............................................................ 第3章．实现功能.................................................. 实现功能描述........................................................ 部分模块功能介绍.................................................... 第4章．调试与实现................................................ 调试中遇到的重点与难点.............................................. 不接Power的Nwell.................................................. 高压器件的第五端.................................................... 解决方案............................................................ 不接Power的Nwell的解决方案........................................ 高压器件的第五端的连接方式..........................................实现展示............................................................ 高压器件的第五端连接正确之后的验证.................................. 第5章．总结...................................................... 参考文献............................................................. 致谢................................................................. 附录................................................................. 附录一：IC版图设计中电阻的匹配基础篇................................第1章．课题整体框架课题任务随着电子产品轻、薄化的发展趋势，要求电子元器件体积更小，功耗更低。
同步降压转换器的设计方案
同步降压转换器的设计方案
设计降压转换器并不是件轻松的工作。
许多使用者都希望转换器是一
个盒子，一端输入一个直流电压，另一端输出另一个直流电压。
这个盒子可以
有很多形式，可以是降阶来产生一个更低的电压，或是升压来产生一个更高的
电压。
还有很多特殊的选项，如升降压、反激和单端初级电感转换器(SEPIC)，这是一种能让输出电压大于、小于或等于输入电压的DC-DC 转换器。
如果一
个系统采用交流电工作，第一个AC-DC 模块应当产生系统所需的最高的直流
电压。
因此，使用最广的器件是降压转换器。
使用开关稳压器的降压转换器具有所有转换器当中最高的效率。
高效率
意味着转换过程中的能量损耗更少，而且能简化热管理。
选择IC
上面提到的控制环路使降压转换器能够保持一个稳定的输出电压。
这种
环路有几种实现方法。
最简单的转换器使用的是电压反馈或电流反馈。
这些转
换器很耐用，控制方式很直接，而且性价比很好。
由于降压转换器开始用于各
种应用中，这种转换器的一些弱点也开始暴露出来。
以一种改进方法是所谓的
磁滞控制，Intersil 的ISL62871 就是采用这种控制方法的器件。
转换效率与负
载的曲线如
图2，Intersil ISL62871 的负载与效率曲线，Vout=1.1Vtips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。
仅供参阅！。
开关电源课程设计降压型转换电路
开关电源课程设计降压型转换电路
课程设计要求降压型转换电路，可以选择使用开关电源，其中的降压型转换电路可以选择使用开关稳压器或者降压型开关电源电路。
以下是一种可能的课程设计方案：
1. 设计目标：实现输入电压Vin（通常为交流电）降压到特定
的输出电压Vout。
2. 选择合适的开关电源拓扑结构和控制方式。
常见的开关电源拓扑结构包括：Buck（降压型）, Boost（升压型）, Buck-Boost（反搏控制型）等。
根据要求，我们选择Buck拓扑结构来实现降压转换。
3. 电压变换原理：Buck拓扑结构通过周期性地将输入电压
Vin与电感和开关元件（MOSFET或BJT）进行开关控制，从
而实现输出电压Vout的降压。
4. 具体电路设计：根据输入输出电压要求，选择合适的元件参数（如电感、电容、开关元件等），以及控制开关元件的电路（如PWM调制器）。
可以使用理论计算、电路仿真软件以及
实际的元器件测试来设计和调试电路。
5. 安全设计考虑：在电路设计中，需要注意过压、过流、短路、过温等保护措施，以确保电路的安全性和稳定性。
6. 性能评估和测试：通过实际测试，评估电路的输出稳定性、
效率、负载调整能力等指标。
7. 设计报告和展示：整理设计过程、电路图、仿真结果和实际测试结果，撰写设计报告，并进行设计成果的展示与讲解。
总之，该课程设计的目标是实现降压型转换电路，设计过程需要考虑选择合适的开关电源拓扑结构、元件参数和控制方式，同时保证电路的安全性和稳定性。
最后会进行性能评估和测试，并进行设计报告和展示。
LM5175简化同步降压-升压转换器设计
及相对于SEPIC、反激式和级联升压-降压拓扑较低的功率损耗和更高的功率密度。
图1. 4开关同步降压-升压转换器功率级。
[5]可编程欠压闭锁(UVLO)、输出反馈和环路补偿的组件。
图2.具有电流模式控制器的4开关降压-升压转换器的电路原理图。
图3. 步骤1到3分别是指运行技术规格、电感器筛选和电流感测。
这个电路原理图是根据输入的以及计算出升压模式中增加一个与电感器渐降相等的斜坡分量。
方程式3中给出了斜坡电容[4] 的计算方式
出电容器RMS电流出现在升压模式期间占空比达到最大值的时候。
RMS电流的表达式为图4. 步骤4至7是指电容器选型、补偿器设计、以及波特图分析。
是方程式12和13的权重组合，其依据是降压-升压窗口中的运行点，并且将频率除以2。
正如预期的那样，电感器覆铜和磁芯损耗、开关死区传导损耗、分路损耗，以及偏置稳压器损耗也会对效率的计算值产生影响。
如果从总体上考虑损耗的话，一个具有12V经稳压输出的4开关降压-升压转换器完全可以在宽范围的输出电流和输入电压范围内实现96%以上的效率。
图5. 步骤8是指MOSFET技术规格、效率曲线图和功率损耗分析。
总结
针对工业和汽车应用的降压-升压转换器具有独特的电源解决方案要求。
在证明其易用性、高效率、小巧尺寸和较低的总体物料清单成本后，4开关同步降压-升压转换器提供集合优势，以满足所需的主要功能。
如果其中涉及组件相互关联和功能取舍，一款快速启动的计算器对于加快和简化转换器设计来说绝对是一个便捷的工具。
同步降压电路讲解
同步降压电路讲解同步降压电路是一种常用且重要的电路，在许多电子设备中被广泛采用，它能够有效地将输入电压降低到所需的输出电压，并保持输出电压的稳定。
本文将以生动、全面及有指导意义的方式进行讲解。
首先，我们来了解同步降压电路的基本原理。
同步降压电路采用一个开关元件和一个电感组成，其中开关元件一般是MOSFET或IGBT，电感则用来储存能量。
当开关关闭时，电感储存电量，当开关打开时，电感释放能量，实现电压的降低。
同步降压电路具有以下几个重要的特点。
首先，它能够提供高效率的降压功能。
通过合理的设计和选择开关元件和电感参数，可以大大提高转换效率，减少能量的损耗。
其次，同步降压电路能够提供稳定的输出电压。
通过反馈控制电路，可以对输出电压进行准确的调节和稳定控制，以满足不同应用的需求。
此外，同步降压电路还具有体积小、重量轻等优点，在移动设备等对体积有限制的应用中具备较大的优势。
在设计同步降压电路时，需要注意以下几个关键因素。
首先是选择合适的开关元件和电感。
合适的开关元件应具备低导通电阻、高截止频率等特点，以提高转换效率和减少功耗。
电感则应具备合适的电感值，以储存足够的能量并平稳地输出给负载。
其次是合理的开关频率设计。
开关频率过高会增加开关损耗和电磁干扰，而过低则会导致较大的输出纹波。
最后是反馈控制电路的设计。
通过在电路中加入反馈环路，可以实时监测输出电压并对其进行调节，保持输出的稳定性。
在实际应用中，同步降压电路有着广泛的应用。
例如，手机、平板电脑、笔记本电脑等移动设备中常常采用同步降压电路来提供稳定的电源供应。
此外，在工业自动化、通信设备、汽车电子等领域也经常使用同步降压电路。
综上所述，同步降压电路是一种重要且常用的电路，在电子设备中具有广泛的应用。
了解其基本原理、特点和设计要点，对于学习和应用它具有重要的指导意义。
通过合理的设计和选择元件参数，能够提高转换效率、保证输出稳定性，并满足不同应用对电压降低的需求。
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降压转换器的功能在于降低输入电压，使之与负载匹配。
降压转换器的基本拓朴由主开关和断开期间所用的二极管开关构成。
当一个MOSFET与续流二极管并联时，它就被称为同步降压转换器。
这种降压转换器布局的效率比过去的降压转换器更高，这是因为低边MOSFET 与肖特基二极管采用了并联方式。
图1为同步降压转换器的示意图，这是当前台式机和笔记本电脑中最常采用的布局结构。
基本计算方法晶体管开关Q1和Q2均为N沟道功率MOSFET。
这两个MOSFET通常称为高边或低边开关，低边MOSFET与肖特基二极管并联。
这两个MOSFET和二极管构成了转换器的主要功率通道。
这些组件的损耗也是总损耗的重要部分。
根据纹波电流和纹波电压可确定输出LC滤波器的大小。
依据每种情况下采用的特殊PWM，可选择反馈电阻网络R1和R2。
某些器件具备逻辑设置功能，用于设定输出电压。
要根据功率大小和期望频率下运行的工作性能来选择PWM。
这意味着当频率提高时，需要有足够的驱动能力驱动MOSFET的门，这构成了标准同步降压转换器所需的最小组件数目。
设计人员应首先检查其要求，即V输入、V输出和I输出以及工作温度要求。
然后再将这些基本要求与已得到的功率流、频率和物理尺寸要求结合起来。
下文是一个典型的设计范例：1. V输入=12Vdc、V输出=1.6Vdc、I输出=5Adc；2. 环境温度为25°C；3. 初始计算时的最小电源效率大于80%；4. 标准工作开关频率为200kHz到600kHz；5. PWM I.C.的开关频率为300kHz，作为一个标准公共频率。
根据上述条件可得出输出功率为8瓦，而输入功率必须为10瓦。
功率损耗为2瓦，它转化为热。
主要损耗是由晶体管和二极管产生的，所产生的热量将使半导体的结温升高。
因而在设计过程中必须进行结点和环境的热计算。
Spice??e模型来仿真该电路的电气和热效应。
">A. 降压器的占空比计算=============================1. D=V输出/V输入；T=1/f开关2. D=1.6V/12V；D=.133；T=1/300kHz；T=3.33us；3. T导通=D*T=(0.133)*3.33us；4. T关断=T- T导通=3.33us-0.443us=2.86us；============================占空比的方程1到4与理论计算完全一致。
它们并未考虑直流电阻和半导体的限制。
B. LC输出滤波器要根据电流和电压纹波计算这些参数由负载要求得来，实际计算与组件的ESR和DCR相关。
===========================5. L=(V输出/(dI*F))*(1-V输出/ V输入；I负载=5Adc；dI=%33* I负载(纹波)；L=2.7uH；6. C输出>(L*(dI)2)/(2*(dV)* V输出))；V输出=1.6；dV=%.75*V输出(纹波)；C=180uF；==========================C. 功率MOSFET门驱动的计算Cgs和Cds由MOSFET的性能参数得到。
在MOSFET性能规范中，以表格和曲线的形式给出电容值。
这些值为Ciss、Coss和Crss，这些参数将由生产厂商列在数据表上。
tr和tf 可从PWM IC的规范说明书中得到。
在详细的PWM规范说明书中，还列出或画出与电容负载相连的输出驱动的上升、下降和延迟时间。
PWM规范说明还会给出电流输出限制，上拉或下拉的直流电阻。
D. 结电容方程=======================7. Ciss=Cgd+Cgs 8.Coss=Cgd+Cds9. Crss=Cgd=======================E. 门驱动峰值电流要求的估计由上面三个电容方程和关于MOSFET及PWM的参数表，设计人员就可以利用下面的方程来估计门驱动峰值电流要求。
此处的假设是设计人员在计算时设定的门驱动电压为4.5Vdc。
门驱动的公共tr 和td 值在50ns到100ns之间。
要注意，当tr和td 减少时，电流驱动也降低。
=======================10. Igs=(Cgs*Vgs)/tr Igs=(769pF*4.5)/50ns=69.2mA；11. Ids=(Cds*Vds)/tr Ids=(393pF*12)/50ns=94.3mA；12. I总门驱动=Igs+Ids =163.5mA；=======================还有其它一些计算方法。
尤其是有些制造商会提供总的电量Q来计算电流要求。
例如Q=23nC，对FDS6690 MOSFET而言，该值对应于255pF，那么50ns时，电流值将为0.46Adc。
F. 功率MOSFET Q1和Q2的计算Q1称为高边MOSFET，其主要损耗为由电压和电流的升降而引起的转换损耗。
Q2称为低边开关，其损耗主要为传导损耗。
G. 高边Q1 MOSFET的计算========================13. P高边=Crss*V输入2*F*I负载+( V输出/V输入)* I负载*Rds(on)；14. P高边=55.1mW+43.3mW=98.4mW========================H. 低边Q2 MOSFET的计算========================15. P低边=(1- V输出/V输入)* P高边*Rds(on)16. P低边=281.7mW========================I. 肖特基二极管的计算=======================17. P二极管=V二极管*I负载*(1- V输出/V输入)*%10；18. P二极管=173mW；======================J. 总损耗功率的计算PWM集成电路功耗的计算：可根据制造商的规范说明书来进行。
其典型的功耗在50mW和100mW之间。
总功率计算要对进行上述计算并求和，可以得到功耗值约为653.1mW。
由于最初的目标是2W，因而在一级近似下有足够的余量。
K. 温度计算在功率计算的基础上，可以对有源器件进行稳态热计算。
根据规范说明书，该值为功率乘以Rjc或Rja。
要对功率回路上的组件进行热分析。
规范说明书上应有关于电路板的详细说明，其中包括测量得到的热阻。
例如，典型SO-8封装的Rja值为78°C/W、125°C/W或135°C/W，随电路板铜含量及面积的不同而变化。
=================================19. Q1热计算：0.0984W*135°C/W=13.284°C；上升超过25°C，则T最终=25°C+13.284°C=38.284°C；20. Q2热计算：0.2817W*135°C/W=38.03°C，上升超过25°C，T最终=25°C+38.03°C=63.03°C。
=================================L. 反馈回路的稳定性新的PWM控制芯片是为具有一组电压参考点的简单分压器网络而设计的。
在降压转换器中，最常见的问题是输出电容的ESR零频率。
由于f开关被3除，该值应较小。
因而在这种条件下应为100kHz。
对于典型的ESR为.13的150uF电容，F esr等于8kHz。
其方程如下：F零=1/(2*3.14*R esr*C输出)。
计算机仿真基本方程将用来计算LC输出和工作周期。
可以利用脉冲电压源构建所需的一定频率和脉冲宽度的补偿电路来仿真这些驱动器。
根据参数表，可以挑选一个低Ciss的MOSFET作为Q1，一个低Rds的器件作为底部的MOSFET Q2。
选定了这些器件后，就可以载入Spice模型来仿真该电路的电气和热效应。
该电路如图2中所示。
电路文件使用的是制造商为用户提供的模型，大部分公司都会提供各自分立产品的Spice模型。
Vin=12Vdc，Vout=1.6Vdc，频率=500kHz。
由近似条件下运行所得的仿真结果，可以察看波形来确定组件的有源部分是否超过额定参数。
功率也可以用工具计算以提高效率。
可以将单独的组件隔离开来，或将器件的某个特定终端隔离开来。
也可通过仿真栅极输入电流来察看峰值电流是否超过栅极驱动能力。
图3给出了电流流入底部MOSFET栅极端的情形。
可以察看峰值电流，调整栅极电阻或选用另一个输入电容较低的MOSFET。
图3所示为电流流入底部MOSFET栅极端的波形。
可利用所提供的计算工具进行瞬态分析，得出效率随时间的变化关系。
从图4可见，效率在500kHz工作情况下随时间而增加。
仿真过程是一个瞬态分析过程，因而可以察看顶部MOSFET漏极至源极的瞬时功率耗散，还可以看到平均功率耗散随时间的变化。
热效应的正规分析要用平均功率耗散来计算。
瞬时功率耗散可代入热瞬时分析模型来计算温度随时间的变化。
其基础是RC时间常数方程。
但是需要设定计算或仿真的热环境。
图5是利用Spice 仿真MOSFET电气和热力学性能的模型。
要注意带电压源和RC网络的周围环境的设置。
图6为门驱动的结温度随时间的变化关系。
本文小结目前，在互联网上可以找到许多仿真工具，有一些半导体公司还在其网站上提供了在线仿真，每家公司对于这些工具的使用都有其自身的特点。
集成电路厂商为了展示其芯片性能，通常要提供芯片模型以展示其产品的与众不同。
对于功率组件公司，要提供分立器件模型。
设计工具已经发展到从互联网就可以找到为用户准备的一级近似工具的地步。
制造商推销的重点在于开发出便于用户使用的模型和工具。
剩余的问题是仿真只能提供模型的信息，详细的寄生和布线问题并未解决，而且还存在精度和带宽问题，这些都是今后要继续解决的问题。