PWM控制的同相Buck-Boost DC-DC转换器设计与优化

"基于PWM控制的同相Buck-Boost DC-DC转换器的研究与设计" 在现代电子设备中，特别是便携式设备，高效的电源管理是至关重要的，因为这直接影响到电池的使用寿命。Buck-Boost DC-DC转换器在这种背景下显得尤为重要，它能够提供一个固定电压的电源输出，即使输入电压在电池的充电和放电范围内波动。例如，对于锂离子电池，输入可能从2.7V变化到4.2V，而转换器则需要将电压稳定在3.3V。 本文深入探讨了基于PWM（脉冲宽度调制）控制的同相Buck-Boost DC-DC转换器。首先，作者马杰对比了传统的转换器和三模式Buck-Boost转换器，分析了它们各自的工作原理和控制策略。他特别关注了Vdd偏移电压的三角波控制和基于Vs选择信号的锯齿波控制，并选择了锯齿波控制方式，因为它可以实现更简洁的电路设计和更精确的模式转换，确保转换器在不同工作模式间平滑切换。 在功率级设计上，文章详细介绍了优化转换器参数和驱动电路的过程。通过开关电路平均法，对转换器在连续导通模式下（CCM）的降压、降压/升压和升压模式进行了线性化等效建模，进而推导出功率级和环路的传输特性。这些特性对于环路稳定性设计至关重要，以确保系统在各种条件下都能稳定运行。 在理论分析的基础上，马杰使用CSMCO.5μm CMOS工艺并借助Cadence Spectre软件进行了系统仿真。设定开关频率为1MHz，目标设计效率为87%，仿真结果显示，在典型负载下，转换器能达到86%的效率。输入电压范围为2.7V到4.2V时，输出电压可在1.5V到5V之间调节。在稳态下，5V输出时的开关纹波为20nV，3.3V输出时为16mV，这些数值表明了转换器的良好性能。 此外，作者还进行了系统布局和版图设计，这是实现高效能、低噪声和紧凑型电路的关键步骤。通过这一系列的设计和仿真，马杰的硕士论文全面覆盖了Buck-Boost DC-DC转换器的各个方面，包括控制策略、性能优化、稳定性分析以及实际电路设计。 关键词：Buck-Boost，四开关，PWM控制，连续导通模式，三模式转换器