驱动电路设计研究论文提纲

论文题目：BUCK变换器高效栅驱动电路的研究与设计

摘要：随着便携式电子设备的迅速普及,DC-DC变换器作为其主流供电芯片,重要性日益凸显。BUCK变换器是DC-DC变换器各类架构中应用最广泛的架构类型之一,其系统转换效率问题一直是学术界研究的热点。影响BUCK变换器系统转换效率的因素多种多样,其中死区时间设置不合理造成的损耗,在各种损耗对系统转换效率影响中尤其严重,特别是在高频或低压应用条件下。为了有效减小这种损耗,提升系统转换效率,本文在目前较为主流的两种死区控制架构的基础上,分别提出了两种具有较优死区时间控制效果的驱动电路。自适应死区时间控制方式,是在传统固定死区时间控制方式,存在明显缺陷的前提下被提出,具有实现简单、电路成本低、可靠性高等优点。于此背景下,本文提出了一种基于米勒平台原理的自适应死区时间控制方式。据此原理设计的驱动电路,简化了检测电路的设计,同时保证了可靠性。此外,还对自举及驱动增强电路进行了针对性优化。芯片流片及测试结果显示,驱动电路有效面积约为0.545mm~2,各种应用条件下的死区时间恒定约为20 ns。预控制死区控制方式,是近几年新提出的一种死区时间控制方式,主要针对于自适应死区时间控制方式存在的,无法消除驱动电路固有延迟造成的死区问题,进行了改进。本文所提出的预控制死区时间驱动电路,其核心思想是利用本周期检测到的死区时间信息,控制下一个周期的死区时间,避免了检测与控制的实时性,大大提高了死区时间信息的利用度。此外,本文还从检测方式与单位延迟单元精度两个角度着手,对驱动电路进行了优化改进。芯片流片及测试结果显示,驱动电路有效面积约为0.836 mm~2,实现了近似“0”死区的调整结果。本文中驱动电路的设计,均在驱动电路设计相关理论基础的支撑下完成,主要包括功率MOSFET器件相关知识、BUCK变换器开关转换过程、同步整流BUCK变换器损耗分析以及串扰分析等。本文所设计的电路,基于0.35μm BCD工艺完成,在完成相关电路的仿真验证后,结合BUCK变换器功率级,完成了所设计电路的系统验证。在相同的BUCK变换器架构下,仿真下得到的系统峰值转换效率分别为94.95%及96.5%。所设计的两种不同架构死区时间控制电路,均已嵌入BUCK变换器芯片,并完成了流片及测试工作,进一步验证了电路可行性。

关键词：BUCK变换器;驱动电路;自适应死区时间控制;预控制死区时间控制;高转换效率

学科专业：微电子学与固体电子学

摘要

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容及结构安排

第二章 驱动电路设计理论基础

2.1 功率MOSFET

2.2 BUCK变换器开关转换过程

2.2.1 关断转换过程

2.2.2 开启转换过程

2.3 同步整流BUCK变换器损耗分析

2.3.1 控制级电流损耗

2.3.2 功率级电流损耗

2.3.3 功率级转换损耗

2.4 同步整流BUCK变换器串扰分析

2.5 本章小结

第三章 自适应死区时间驱动电路的设计与验证

3.1 自适应死区时间驱动电路控制架构

3.2 电路设计与验证

3.2.1 驱动逻辑控制电路

3.2.2 有源自举电路

3.2.3 电平移位电路

3.2.4 驱动增强电路

3.3 系统功能验证

3.3.1 死区验证

3.3.2 效率仿真

3.4 本章小结

第四章 预控制死区时间驱动电路的设计与验证

4.1 预控制死区时间驱动电路控制架构

4.2 电路设计与验证

4.2.1 关断检测电路

4.2.2 开启检测电路

4.2.3 单位延迟电路

4.3 系统功能验证

4.3.1 死区验证

4.3.2 效率仿真

4.4 本章小结

第五章 芯片测试与验证

5.1 自适应死区时间驱动电路的测试与验证

5.2 预控制死区时间驱动电路的测试与验证

5.3 技术对比

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献