便携式电子设备电源管理芯片的研究.docx

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1、便携式电子设备电源管理芯片的研究课题名称便携式电子设备电源管理芯片的研究系另IJ自动化专业班级姓名学号毕业设计（论文）的要紧内容及要求：1意义、目的：对便携式电子设备的电源管理芯片进行研究，为便携式电子设备的电源系统的设计与应用提供参考。2要紧内容：文献综述、进行方案比较、熟悉应用软件及编程设计过程、具体硬件设计、仿真数据整理与结果分析、撰写毕业设计（论文）与翻译、答辩3要求：计对便携式电子设备的电源管理芯片的硬件部分进行设计，在系统中研究电源管理芯片构成与系统应用等技术。侧重于系统的硬件设计实现。8篇以上参考文献，英文资料很多于2篇,同时将其中的1篇翻译成中文，5000字以上。论文正文30-

2、60页。日期:指导教师签字：摘要本文针对便携式电子设备电源管理芯片做了研究与设计。首先，介绍了三种实现将电池电量或者其他电能转换成恒定电压或者恒定电流输出的方法：DC-DC转换器、电荷泵电压变换器、1Do线性稳压器，同时做了对比研究。然后，重点研究1DO线性稳压器。先对1DO进行了基础理论研究，分析了频率补偿、压差、瞬态响应、线性调整率、负载调整率等各项关键性能指标。在此基础上，提出了一种增益高，并增加了快速反馈环路的1Do线性稳压器。运用SRE技术，进一步提高了瞬态响应的性能。最后，对本芯片的高增益误差放大器与快速环路设计与SRE电路做了软件仿真，仿真结果说明，输出电压的线性调整率与负载调整

3、率均得到改善。关键词：双模式DODC转换器；1DO线性调整器；平均化建模AbstractThispaperdotheresearchanddesigninviewoftheportab1ee1ectronicdevicespowermanagementchips.First,introducedthreekindsofrea1izationofthebatterypowerorotherwi11transforme1ectrica1energyconstantvo1tageorconstantcurrentoutputmethods:DC-DCconverter,thechargepumpvo

4、1tageconverter,1DO1inearregu1ator,anddoacomparativestudy.Then,thepaperregardresearching1DO1inearregu1atorasthekey.First,researchthe1DObasictheory,ana1yzesthefrequencycompensation,differentia1pressure,transientresponse,1inearadjustrate,1oadadjustingthekeyperformanceindexrate,etc.Basedonthis,putsforwa

5、rdagainhigh,andtherapidincreaseofthefeedback1oop1DO1inearregu1ators.UseSREtechno1ogy,andtofurtherimprovetheperformanceofthetransientresponse.Fina11y,takethehigh1yErr.ampandfast1oopSREcircuitdesigntothesoftwaresimu1ation,thesimu1ationresu1tsshowthattheoutputvo1tageofthe1inearadjustmentrateandthe1oadr

6、ateadjustmentisimproved.Keywords：Dua1-modeDC-DCconverter；1DO1inearregu1ator；Averagedmode1目录1 .绪论11.1 课题背景11.2 电源管理芯片的进展与研究现状31.3 研究内容41.3 .1DC-DC转换器的介绍41.3.2 电荷泵电压变换器的介绍41.3.3 针对1Do的研究与设计41.4 论文构成与安排52.便携式电子设备电源管理芯片基础52.1DC-DC转换器基础62.1.1降压型DC-DC转换器拓扑结构72.1.2DC-DC转换器的调制方式92.1 .3DC-DC转换器的操纵环路102.2 电荷泵

7、电压变换器基础H2.2.1 电荷泵转换器的工作原理142.2.2 电荷泵转换器的基本概念152.3便携式设备用1Do基础182.3.11DO线性稳压器基础192.3.21DO基本的频率补偿方法202.3.31Do的压差241.1.1 3.4瞬态响应242.3.5 负载调整率252.3.6 线性调整率252. 4小结263. 1DO线性稳压器的系统设计293.1 1DO线性稳压器的电路设计303. 1.1误差放大器304. 1.2短路及电流限制电路335. 1.3SRE电路353.2 1Do线性稳压器的仿真363 .3结论404 .总结40致谢41要紧参考文献421.绪论近年来，手机、笔记本电脑

8、、PDA等以电池供电的便携式电子产品迅速成为了人们日常生活中不可或者缺的部分。这些便携式产品在功能、性能、体积与成本等方面的提高与改进日新月异，这就对依靠电池电源的便携式设备中至关重要的电源管理系统的要求越来越高。优秀的电源管理系统能提高电池供电效率、延长电池供电时间、提高电池使用寿命。本论文的研究目的，即是对便携式电子设备电源管理核心部分电源管理芯片做一个简单的研究与探索。本章将首先介绍论文的课题背景，接着对DC-DC转换器，1DO线性稳压器，电荷泵电压变换器的进展与研究现状做简单概述，并以此引出本文的研究内容；接着给出整片论文的构成结构。1.1 课题背景近几年来，随着诸如手机、数码相机、数

9、字音乐播放器、手持医疗仪器等便携式电子设备的广泛应用，电池与电源管理半导体产品成为半导体领域的市场热点之一,其增长趋势也高于半导体整体市场的进展速度，甚至超过了数字信号处理器(DigitaISigna1PrOCeSSor,DSP)与存储器等半导体产品的增长速度。据估计，从2004年至2010年，每年电源销售额以15%的幅度增长，到2010年全球整个电池与电源管理市场达到近120亿美元的销售额。中国大陆作为全球最大的芯片消费市场，从2003到2007年，市场复合增长率达到了25%,到2009年，中国电池与电源管理市场达到了582.6亿元。Wor1dwidePowerManagementMarke

10、t=00-OSUo三一W图IT按应用划分的全球电池与电源管理市场在应用需求方面，从图IT可看出，下列几个重要领域对电池与电源管理的需求尤甚？(1)通信领域，特别是移动通讯目前对电池与电源管理的需求最为强劲；(2)消费类电子产品，如MP3,MP4、数码相机等，这部分市场份额在逐年递增，甚至有赶超通讯领域的势头；(3)计算机领域，这尽管是传统领域，但近年来随着笔记本电脑市场的快速进展,使得该领域对电池与电源管理的需求日益增强；(4)汽车电子，目前这部分的市场份额虽不及前面三项，但在最近两年，却取得了超过40%的高增长率，随着混合动力汽车与电动力汽车的兴起，汽车电子类电池与电源管理芯片市场将是进展最

11、快的领域；(5)工业运用。另一方面，从区域划分来看，亚太地区的需求量一直稳居首位，远高于其他区域。电池与电源管理芯片产品可划分为两大类：(1)管理、保护电池的电池管理类产品，包含电池监测与保护芯片、电池充电器芯片等；(2)将电池电量或者其他电能转换成恒定电压或者恒定电流输出的电源管理类产品，包含直流-直流转换器(DC-DCConverter),低压差线性稳压器(1OW-dropout1inearRegu1ator,1DO)、发光二极管(1ight-emittingDiode,1ED)驱动器、电源管理单元(PowerManagementUnit,PMU)等。电池管理芯片市场有两大进展潮流，一是由

12、于锂离子电池的应用普及，专门针对锂离子电池的保护芯片具有极高的成长性与市场前景，因此也成为了工业界与学术界的研究热点；二是近年来，随着锂离子电池制造技术的提高与生产成本的下降，多节锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、移动通讯基站、电动力汽车等军民领域,特别由于大众对电动力汽车的呼声越来越高，使多节锂离子电池组管理芯片的研究与开发成为了必定的流行趋势。从市场的进展来看，单节锂离子电池保护芯片由于技术门槛较低，生产厂商众多，已基本没有利润空间，且进展得亦已较为成熟，因此很多厂商都转向到多节锂离子电池组管理芯片的开发中。在多节锂离子电池组管理芯片的研究中，也存在着诸多难点、诸多挑战，这也正给工业界

13、与学术界提供了重大机遇。近几年随着电池技术的飞速进展，锂离子电池已不仅应用于只需单节电池的民用便携式电子设备，比如手机，数码相机，MP3等，还应用在需要多节电池组供电的笔记本电脑、航空航天设备、移动通讯基站、电动力汽车等民用、军事与工业领域。电池保护芯片也从针对单节电池进展到管理多节电池。总的来说，电池保护芯片的进展方向，是将进一步提高电压检测的精度、降低静态功耗与提高防止误动作的能力。在封装方面，是朝向越来越轻薄短小进展，目前S0N6封装已逐步替代SOT23-6,将来还有CSP封装，甚至出现COB产品等。在功能方面，根据不一致应用而开发出某种单一功能的电池保护芯片，由于能够大大降低成本,也逐

14、步成为一个进展方向。当然，同电池充电器芯片及稳压器芯片集成在一起是不变的目标与潮流。在电源管理类产品方面，为了应对不一致的需求，其产品种类众多。而从市场的进展来看，尽管1DO与DC-DC转换器是电池与电源管理芯片市场上份额最大的两类产品，但由于参与竞争厂商较多，价格持续下降，而导致进展速度明显放缓。同时由于手机等便携式产品的大量需求，使得PM1J与电池管理芯片一起成为了2007年中国电池与电源管理芯片市场上增长最快的两种产品。从产品的进展来看，电源管理芯片产品的进展趋势呈现出多样化，包含同时提供多个不一致供电电压的趋势、数字电源管理趋势、产品设计周期缩短趋势、产品面积缩小趋势与低成本趋势等等，

15、然而最值得一提的仍然是集成化趋势。众所周知集成化一直是半导体产品的进展趋势，电源管理芯片也不例外。其中，最为明显的例子就是PMU产品，已经在手机等多种产品中广泛应用。PMU与1DO与D(H)C这些单一功能产品不一致，它可能同时集成多个1D0。DC-DC与电池充电器等功能，能够实现多种电源管理。中国目前已经成为全球最大的芯片消费国。中国国内市场庞大，而主导着中国的电池与电源管理市场的却是外国企业，德州仪器(TI)、国家半导体(NS)与飞兆半导体(FairChi1d)在总体市场份额方面处于领先地位，最大的10家电池与电源管理芯片供应厂商也都是欧美企业。目前，学术界与工业界正在针对如何提高电池的功率转换效率与利用效率、延长续航时间提高使用寿命，如何进行电池与电源管理系统的体系革新进行富有意义的产品与技术创新。国家十一五规划中，关键专用集成电路研究再次成为了国家战略规划中的技术创新重点。本文正是处于这样的市场与时代背景下，展开了针对便携式电子设备电源管理芯片广泛的研究。1.2 电源管理芯片的进展与研究现状假如笔记本电脑的大脑是CPU,那么其心脏与血管便是遍布整个主板、负责将能量输送到大脑及系统其它部分的电源。不一致负载需要不一致类型的电源。以工作原理来分类，作为电源的稳压器IC要紧可分为下列三大类：一是线性稳压器，要紧是指低压差的1D0；二是以电感为基础的交换式电源转换器