一款连续导通模式同步BUCK型DC-DC转换器XD1596的设计

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20世纪以来,人类社会逐渐进入电子信息时代,电子行业快速发展。作为电子产品的动力源泉,电源管理产品和电源管理技术有了巨大发展。如今,电源管理技术随着电子产品已经进入计算机、通信系统、家电和交通等人类生活的方方面面,影响着社会的发展。电源管理产品的性能优劣也直接影响着人们所使用电子产品的稳定性及安全性,因而电源管理技术发展依然重要。  本文结合当今电源管理技术的发展趋势以及科研项目,设计了一款连续导通模式同步BUCK型DC-DC转换器XD1596。XD1596将连续导通模式和同步整流技术相结合,具有较高的效率和较低的输出纹波;另外设计了专用的续流管驱动电路,减小了转换器的开关损耗和应用电路的面积。  转换器XD1596使用峰值电流模架构,提高了瞬态响应速度,而且具有过流保护功能。XD1596具有可编程的软启动,可通过外部电容设置不同的软启动时间,它能很好地抑制转换器在启动过程中出现的电压和电流浪涌现象。在负载短路时,转换器自动将频率降低到240kHz,从而使电感电流有足够长的时间下降,防止出现失控情况。在关断状态时,芯片的工作电流会降至3μA或更低,提高了转换器的效率。为防止转换器的占空比大于50%时引起的亚谐波震荡,芯片内部加入了分段斜坡补偿电路,能很好地提高转换器的稳定性,并且具有较高的带载能力。XD1596的主频率是1.2MHz,可以使用较小的电感和输出电容,就能达到低输出电压纹波的要求。XD1596工作于轻载或重载时,均处于连续导通模式,减小输出电压的纹波。此外,芯片内部还集成了欠压保护、过流保护和过热保护等模块,保证该转换器稳定安全地工作。  本文详细叙述了转换器XD1596的设计过程。首先,文章回顾了电源管理技术的相关概念,分析了电源管理技术的发展趋势,为芯片的设计提供了方向。其次,文章对降压型DC-DC转换器的原理进行了分析,并且对开关电源的各种调制方式进行了描述,从而确定了转换器XD1596所采用调制方式。随后,依据应用需求,本文给出了芯片的指标参数,设计了芯片的整体结构和模块功能,并分析了系统的环路稳定性。接着,文章对一些主要的子模块进行了电路设计,并详细分析了电路的工作原理,通过仿真对模块的功能进行了验证。最后,文章对转换器XD1596的整体系统进行了仿真验证,并设计了XD1596的版图。  XD1596采用0.5μm5V/30V BCD工艺进行设计,使用Cadence平台和Spectre仿真器进行了仿真,仿真结果证明,电路的设计能够达到指标要求。
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