【摘 要】
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电源管理芯片用来为电子系统提供稳定的电压,广泛应用于数码产品、民用家电以及通信设备等领域。在各类电源转化芯片中,开关电源芯片具有转换效率高、输出功率大、输出电压可以灵活调节等优点,应用范围最广。由于音频驱动、固态照明等场合需要较高的输出电压以及较大的输出功率,关于升压型开关电源变换器（Boost Converter,下文简称Boost变换器）的研究已经成为学者和工业界的研究热点。本文针对宽转换范围
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电源管理芯片用来为电子系统提供稳定的电压,广泛应用于数码产品、民用家电以及通信设备等领域。在各类电源转化芯片中,开关电源芯片具有转换效率高、输出功率大、输出电压可以灵活调节等优点,应用范围最广。由于音频驱动、固态照明等场合需要较高的输出电压以及较大的输出功率,关于升压型开关电源变换器（Boost Converter,下文简称Boost变换器）的研究已经成为学者和工业界的研究热点。本文针对宽转换范围大功率Boost变换器展开研究,设计完成了一款峰值电流控制模式的Boost变换器。首先,从基本原理入手,介绍了功率级的拓扑结构、工作模式以及常用的环路控制方法,重点分析了峰值电流控制模式,从大信号和小信号两个层面解释了次谐波振荡现象。针对宽电压转换比下Boost变换器难以稳定的问题,进行了理论推导与分析,利用电流内环半开关频率处的品质因数（Quality Factor,下文简称Q值）说明了峰值电流模系统稳定性弱化的原因,并且提出了一种自适应Q值的斜坡补偿方案,该技术使得补偿强度跟随占空比变化,系统在很宽的占空比范围内保持稳定。然后,从系统指标出发,按照功率级-电流内环-电压外环的顺序完成系统设计,并通过Simplis完成稳定性验证。最后,结合系统关键参数和芯片设计理论,完成了控制环路、偏置模块以及保护电路的设计。本设计基于SMIC 0.18um BCD工艺,利用Spectre软件完成验证,仿真结果表明:输入电压2.8～4.6V时,输出电压范围可达5～40V,电压转换比高达14,最大输出功率高达32W;输出电压纹波小于100m V;峰值效率高达93.1%,大部分负载情况下效率高于88%;典型应用的8V输出电压下,1A负载跳变的过冲或下冲均小于输出电压的5%,瞬态恢复时间小于70us,负载调整率为2m V/A。
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