探索高效 DCDC 升压电路：从原理到 Cadence 仿真

DCDC电路boost升压功能输入电压3.7V输出电压5V smic.18bcd工艺峰值电流模高转化效率可直接导入到cadence仿真有仿真state电压纹波小于30mv具有一定的过温过流保护功能。最近在研究 DCDC 电路特别是其中的 boost 升压功能这可真是个有趣的领域。今天就来和大家分享一下我在设计一款满足特定要求的 boost 升压 DCDC 电路的过程和心得。我们的目标很明确输入电压 3.7V要稳定输出 5V 的电压而且采用 smic.18bcd 工艺通过峰值电流模控制实现高转化效率同时电压纹波得小于 30mv并且还得具备一定的过温过流保护功能最后这个设计要能直接导入到 Cadence 进行仿真要有仿真状态。1. Boost 升压原理基础Boost 电路的核心就在于电感的储能与释放。简单来说当开关管导通时电感储存能量电流逐渐上升开关管断开时电感将储存的能量释放出来与输入电压叠加从而实现升压。这就好比一个储蓄罐开关管导通时往里面存钱断开时把钱取出来和原有的钱加在一起自然就变多啦。2. 峰值电流模控制在我们的设计中采用峰值电流模控制这是一种很有效的控制方式。它通过检测电感电流的峰值来控制开关管的导通与关断。下面简单给一段伪代码示例非真实 Cadence 代码语法仅示意逻辑# 假设这里定义了一些变量 input_voltage 3.7 desired_output_voltage 5 peak_current_threshold 1.0 # 设定一个峰值电流阈值示例 while True: measured_current get_inductor_current() # 获取电感电流 if measured_current peak_current_threshold: turn_on_switch() # 电流未达到阈值打开开关管 else: turn_off_switch() # 电流达到阈值关闭开关管 current_output_voltage measure_output_voltage() # 测量输出电压 if current_output_voltage desired_output_voltage: # 如果输出电压低于目标值适当调整峰值电流阈值这里只是简单示意一种调整策略 peak_current_threshold 0.1 elif current_output_voltage desired_output_voltage: peak_current_threshold - 0.1在这个逻辑里我们通过实时检测电感电流与设定的峰值电流阈值比较来控制开关管状态。同时根据输出电压与目标输出电压的差值对峰值电流阈值进行调整以此来稳定输出电压。3. 实现高转化效率的考虑为了实现高转化效率电路中的元件选择就非常关键。像 MOS 管的导通电阻要尽可能小减少导通损耗电感的选择也要精心低内阻的电感能降低能量损耗。另外合适的开关频率也很重要频率太高会增加开关损耗频率太低又会导致电感电容体积增大所以要在两者之间找到平衡。4. 过温过流保护功能过流保护过流保护可以通过检测电感电流来实现。当检测到电感电流超过设定的过流阈值时关断开关管防止过大电流对电路造成损坏。同样来一段伪代码示例over_current_threshold 2.0 # 设定过流阈值 while True: measured_current get_inductor_current() if measured_current over_current_threshold: turn_off_switch() # 这里可以添加一些处理逻辑比如记录过流事件或者等待一段时间后尝试重新开启开关管 wait(5) # 等待 5 个单位时间 try_turn_on_switch()过温保护对于过温保护可以在芯片内部集成温度传感器。当检测到温度超过设定的过温阈值时降低开关频率或者关断电路。下面简单示意over_temperature_threshold 120 # 设定过温阈值单位为摄氏度 while True: measured_temperature get_chip_temperature() if measured_temperature over_temperature_threshold: reduce_switch_frequency() # 降低开关频率 # 如果降低频率后温度还是过高可以选择关断电路 if get_chip_temperature() over_temperature_threshold: turn_off_entire_circuit()5. Cadence 仿真最后将设计好的电路导入 Cadence 进行仿真。在 Cadence 中我们需要设置好各个元件的参数比如电感的感值、电容的容值、MOS 管的模型参数等。设置好激励源模拟 3.7V 的输入电压。DCDC电路boost升压功能输入电压3.7V输出电压5V smic.18bcd工艺峰值电流模高转化效率可直接导入到cadence仿真有仿真state电压纹波小于30mv具有一定的过温过流保护功能。在仿真状态设置中我们重点关注输出电压的稳定性、电压纹波以及电流情况。经过多次仿真调试调整元件参数最终实现输出电压稳定在 5V 左右电压纹波小于 30mv 的目标。当我们观察仿真结果时就能看到在不同时间点下各个节点的电压、电流等信号的变化情况以此来验证我们的设计是否满足要求。总之设计这样一个 DCDC boost 升压电路需要从原理出发精心考虑控制方式、效率提升、保护功能以及仿真验证等多个方面。每一个环节都相互关联共同构建出一个稳定高效的电源电路。希望我的这些经验分享能给大家在相关设计上带来一些启发。以上就是今天要分享的全部内容啦欢迎大家在评论区交流讨论~