芯片設計是國家的重點項目，同時芯片設計也是我國擺脫進口依賴與自主獨立的關鍵。本文對於芯片設計的講解承接於《芯片設計實例篇，DC-DC 開關電源管理芯片設計(上篇)》一文，如果你未曾閱讀上篇芯片設計相關內容，不妨從前文開始閱讀哦。
一、芯片內部模塊的設計
本目的是設計一個基於 PWM 控制的 boost 升壓式 DC-DC 電源轉換芯片，該芯片實現基於雙環(電壓環和電流環)一階控制系統的電流模式 PWM 控制電路， 在該集成模塊內將包括控制、驅動、保護、檢測電路等。最後在電路系統基本框架的基礎上，結合電力電子技術與微電子技術，採用採用 BiCMOS 工藝，具體針對 DC-DC 變換電路的實現進行研究。
系統方面的設計以及系統框圖和各個功能模塊的設計思想
圖 1 系統模塊原理框圖
下面分別的介紹系統各個功能模塊：
① 誤差放大電路 誤差是用於調整變換器的高增益差分放大器。放大器產生誤差信號，他被供給 PWM 比較器。當輸出電壓樣本與內部電壓基準比較並放大差值時產生誤差信號。誤差放大器的 2 號腳 Vref 就是基準電壓產生的固定基準。
② PWM 比較器 當來自電流取樣信號，當然是電感電流和振盪器產生的補償諧波想加後的電流信號，超過誤差信號時，PWM 比較器翻轉，復位驅動鎖存器斷開電源開關，以此來控制開關管的開通與關斷。
③ 振盪器模塊 振盪器電路提供一定頻率的時鐘信號，以設置變換器工作頻率，以及用於斜率補償的定時斜升波。時鐘波形為脈衝，而定時斜升波就是用於斜波補償的，在電感取樣端相加。
④ 驅動器鎖存器 鎖存器包括 RS 觸發器與相關邏輯，它通過接通和斷開驅動電路來控制電源開關的狀態。來自鎖存器的低輸出電平把它斷開。正常工作方式下，在時鐘脈衝期間觸發器被置為高電平，當 PWM 比較器輸出變為高電平時鎖存器復位。
⑤ 軟啟動電路模塊 當整個系統剛啟動時，電感產生一個很大的衝擊電流，軟啟動讓系統開始時不能在全佔空比下啟動，使輸出電壓以受控的上升速率增加至額定穩壓點。設計思想是利用外接電容的充放電使得佔空比慢慢提高，達到輸出穩定的目的。
⑥ 電流採樣電路 提供斜率補償電流靈敏電壓給 PWM 比較器。
⑦ 保護電路模塊 監視電源開關的電流，若該值超過額定峰值，則該電路作用，重新開始軟啟動週期。
二、設計中必須要考慮的幾點細節問題
① 關於斜波補償
這是在上文提到過的電流控制型開關變換器中存在的根本性問題。電流控制型就是將實際的電感電流和電壓外環設定的電流值分別接到 PWM 比較器的兩端進行比較，用來控制開關管。下面分析斜波補償的原因。如下圖分別是佔空比大於 50%和小於 50%的尖峰電流控制的電感電流波形圖。
圖 2 斜坡補償原理分析
其中 Ve 是電壓放大器輸出的電流設定值，ΔI0 是擾動電流，m1，m2 分別是電感電流的上升沿及下降沿斜率。由圖可知，當佔空比小於 50%時擾動電流引起的電流誤差ΔI l 變小了，而佔空比大於 50%時擾動電流引起的電流誤差ΔI l 變大了。所以尖峰電流模式控制在佔空比大於 50%時，經過一個週期會將擾動信號擴大，從而造成工作不穩定，這時需給刪比較器加坡度補償以穩定電路，加了坡度補償，即使佔空比小於 50%，電路性能也能得到改善。因此斜坡補償能很好的增加電路穩定性，使電感電流平均值不隨佔空比變化，並減小峰值和平均值的誤差，斜坡補償還能抑制次諧波振盪和振鈴電感電流。這裡就不再詳細地說明，斜波補償方面必須要確定補償波形的斜率的精確大小，採用的方法就是建立系統模型，導出傳遞函數，計算出補償斜率的值。這是很關鍵的一步。
② 關於軟啟動問題
DC/ DC 開關電源在啟動過程中 ，容易產生浪湧電流 ，可能對電子系統產生損傷。為避免啟動時輸入電流過大，輸出電壓過沖，在設計中必須採用軟啟動電路，該方法的不足之處是 ，當輸出電壓的閾值未達到時 ，發生浪湧電流現象可能對電子系統造成損傷 ，而且在輸出電壓達到閾值之後 ，也可能因為偶然的過流使得電源多次重新啟動。因此應採用基於週期到週期的電流限制門限來限制上電時的浪湧電流，並防止電源多次重新啟動。如圖 3 所示：
圖 3 軟啟動電路
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