摘 要
    随着便携式电子设备的日益普及，直流转换器(DC-DC)芯片得到了广泛的应用。如何设计高转换效率的系统，从而更好地利用电池的有限能量，延长电池的使用寿命，并且保证DC/DC转换器的工作稳定性成为设计者需要考虑的问题。
    在高效率直流转换器的系统级设计中，高转换效率，电压线路调节能力(line regulation)和负载调节能力(load regulation)是重要的指标，而在系统闭环的情况下，这些指标与系统环路的性能直接相关。所以需要将上述反应瞬态特性的指标通过环路的频域设计解决。在DC/DC芯片系统中，功率级通过开关管的通断调节储能器件（电感和电容）的充放电时间，进而对输出电压进行调节，是一个非线性时不变系统，直接的频域环路频域分析无法进行。因此需要准确地将离散的模型线性化，构建DC-DC变换器系统的连续时间模型，以便更直观方便地进行频域分析和环路补偿。在这个连续时间模型中，希望保留尽可能多的实际晶体管级电路部分，如补偿网络，功率级，从而将各种非理想情况尽可能的反映在模型中，更精确的模拟实际芯片工作的情况。
    在混合信号系统日趋复杂的现在，构建用于瞬态仿真的DC-DC变换器系统宏行为模型对于在设计初期实现和调整系统的架构,观察系统的具体工作情况具有很大的帮助。由于 verilog-A高层硬件描述语言支持宏模块与实际晶体管电路的混合仿真，借助于初期搭建的DC-DC变换器瞬态宏模型，我们可以在后期设计中逐步将系统设计的各宏模型以具体子模块替代，从而实现自顶至下的设计流程。
    本次毕业论文首先分析了非理想情况DC-DC变换器的建模方法，提出并实现了基于Cadence spectre仿真平台和verilog-A语言的用于DC-DC系统环路频域分析和设计的连续时间模型，以及用于验证和调整系统架构的DC-DC系统瞬态行为宏模型。从而提供了一种可以在设计初期从系统的角度对DC-DC变换器进行调整优化，并与后期基于同样Cadence设计平台的晶体管级电路和物理版图设计实现无缝接合的设计流程。更进一步，论文中分析了升压式直流转换器系统PWM和PFM模式的工作效率，提出了一种高效率升压式直流转换器的系统架构和设计参数的选择，并且基于论文中提出的连续时间模型完成了升压式直流转换器系统环路的频域补偿设计；基于论文中提出的瞬态宏行为模型完成了高效率PWM/PFM双模式升压式直流转换器系统的瞬态行为功能验证。
    本论文在 DC/DC系统设计和数模混合电路建模方法上有一定的创意，完成了毕业设计的任务。
关键字： 直流转换器；Verilog-A；建模；PWM/PFM; 转换效率
 
目 录
第一章 绪论 1
1.1 电源管理芯片概述： 1
1.1.1 电源管理芯片的定义 1
1.1.2 电源管理芯片的特点 1
1.1.3 电源管理芯片的分类 2
1.1.4 三种电源管理IC的特点及比较 4
1.2 DC/DC 转换器的国内外研究现状及发展趋势 5
1.3 直流升压转换器的工作原理及控制方法 6
1.3.1 boost变换器的基本原理 6
1.3.2 DC/DC变换器系统的基本控制方法 8
1.3.3 PWM的控制模式及特点 8
1.4  DC/DC变换器的主要技术指标 13
1.5 DC/DC转换器的功耗与效率 13
1.5.1 静态功耗： 14
1.5.2 传输功耗： 14
1.5.3 驱动功耗 14
1.5.4 交流开关功耗 14
第二章 升压式直流转换器芯片系统建模 15
2.1 DC-DC变换器建模方法概述 16
2.1.1 状态空间平均法 16
2.1.2 电路平均法 17
2.2 峰值电流控制模式的boost变换器闭环建模 19
2.2.1 boost变换器功率级连续工作模式（CCM）建模 19
2.2.2 boost变换器功率级断续工作模式（DCM）建模 21
2.2.3考虑高频采样效应的峰值电流连续工作模式(CCM)闭环建模 23
第三章 基于verilog-A的峰值电流控制模式boost连续时间模型 29
3.1 Verilog-A 语言简介 29
3.2 基于Verilog-A连续时间模型的系统闭环建模方法1 30
3.3基于Verilog-A连续时间模型的系统闭环建模方法2 33
3.4 两种建模方法的比较 36
3.5 基于Verilog-A连续时间模型的环路补偿设计 37
3.6 Verilog-A模型与Matlab模型的仿真比较 41
第四章 基于Verilog-A瞬态宏模型的高效率boost系统 45
4.1 传统系统设计模式与基于Verilog-A瞬态宏模型系统设计模式 45
4.2 boost系统效率分析 46
4.3高效率boost转换器系统设计分析 51
4.4 基于Verilog-A的boost系统瞬态宏模型设计 54
第五章 总结与展望 62
参考文献 64
 
第一章 绪论
1.1 电源管理芯片概述：
1.1.1 电源管理芯片的定义
    电源是电子产品中一个重要组成部分，为了使电路性能稳定，往往需要稳定的电源。电源管理芯片是指在整机系统中提供电能优化分配管理的芯片。它将电源控制所需的绝大部分电路集成在单块芯片上，通过一定的控制调整策略，在输入可能波动或无法达到所需电压标准的情况下为所需供电的整机模块提供稳定的合适的供电电压，同时降低功耗，延长设备的工作时间。