检索结果-内蒙古大学图书馆

Journal of Semiconductors 2008年第8期29卷 1627-1631页

作者：袁冰来新泉叶强李演明贾新章西安电子科技大学微电子学院西安710071 西安电子科技大学电路CAD所西安710071

针对电流模降压型dc-dc变换器,提出了一种新颖的CMOS片上电流采样电路.该电路结构简单,易于集成,功率损耗小,且通过MOSFET的匹配使采样比例几乎不受温度、模型以及电源电压变化影响.并通过进一步的优化设计,使得响应速度更快,工作电压... 详细信息

针对电流模降压型dc-dc变换器,提出了一种新颖的CMOS片上电流采样电路.该电路结构简单,易于集成,功率损耗小,且通过MOSFET的匹配使采样比例几乎不受温度、模型以及电源电压变化影响.并通过进一步的优化设计,使得响应速度更快,工作电压进一步降低.提出的采样电路在一款基于0.5μm CMOS工艺设计的单片电流模降压型dc-dc变换器中进行了验证.在2.5~5.5V的电压范围,0~2A的负载范围内芯片工作稳定,瞬态响应良好,且效率高达96%.

关键词：降压型dc-dc变换器电流模控制电流采样电路

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过零电流自动切换的同步降压型dc-dc变换器

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微电子学 2013年第6期43卷 782-787页

作者：聂卫东刘迎迎韩海青董怀朋吴金于宗光江南大学数字媒体学院江苏无锡214122 东南大学无锡分校江苏无锡214135

设计了一种基于自适应导通时间(Adaptive On Time,AOT)控制的同步降压型dc-dc变换器。在重载工作时频率近乎恒定,在轻载工作时频率随负载变化,以此实现整个负载范围内的高效率。同时,该dc-dc变换器采用内置MOS管的同步整流方式,提高了... 详细信息

设计了一种基于自适应导通时间(Adaptive On Time,AOT)控制的同步降压型dc-dc变换器。在重载工作时频率近乎恒定,在轻载工作时频率随负载变化,以此实现整个负载范围内的高效率。同时,该dc-dc变换器采用内置MOS管的同步整流方式,提高了转换器的效率。在dcM状态下电流过零时,通过检测同步整流下管漏端的负电位,提早关断同步整流MOS下管,电流自动切换到寄生的二极管,防止过零时电流反灌。芯片采用韩国东部0.35μm BCD工艺投片验证,给出了详细的测试结果。

关键词：自适应恒定导通时间同步整流降压型dc-dc变换器

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高频自适应导通时间的降压型dc-dc变换器的设计

高频自适应导通时间的降压型DC-DC变换器的设计

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作者：陈玉山东南大学

学位级别：硕士

微处理器的运算速度不断提高，为其供电的电压变换器的指标要求也越来越高。为了满足微处理器进一步发展的需要，在负载变化时，变换器需要具有更快的响应速度；而在便携式设备中，为了减小设备的体积以及延长电池的使用时间，需要效率... 详细信息

微处理器的运算速度不断提高，为其供电的电压变换器的指标要求也越来越高。为了满足微处理器进一步发展的需要，在负载变化时，变换器需要具有更快的响应速度；而在便携式设备中，为了减小设备的体积以及延长电池的使用时间，需要效率高、体积小和重量轻的低电压dc-dc变换器。因此，瞬态响应快、高效率、高频率成为开关电源的主要发展趋势。\n 本文顺应开关电源的发展趋势，设计了一款降压型dc-dc变换器，采用自适应导通时间控制方式，负载瞬态响应快。自适应导通时间控制模式下系统的开关频率利用锁频电路控制稳定在4MHz，在系统应用时，可以选用体积更小成本更低的外围器件。同时此系统可以提供600mA的电流。对效率要求高的场合，利用新颖的负电感电流检测电路，使得轻载时系统工作在自动跳跃式脉冲频率调制(PFM)模式，有效地改善轻负载下的转换效率。在对噪声要求高的场合，可以通过选择模式引脚，使系统一直工作在自适应导通时间控制模式，此时，开关频率固定，有利于对开关噪声的滤除。\n 此系统设计采用CSMC0.18μm CMOS工艺，利用Cadence仿真平台对其进行电路设计仿真、版图设计和后仿真验证，后仿真结果表明系统负载阶跃的平均响应时间小于5μs，频率达到4MHz，重载(600mA)效率91.5％、轻载(1mA)效率84.9％，性能满足设计要求。设计实现了一款适用于微处理器和便携式设备的，快速瞬态响应、高效率、高频率的同步Buck型dc-dc变换器。

关键词：电源管理降压型dc-dc变换器自适应导通时间模式锁频技术快速瞬态响应高频率

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片内纹波注入的降压型dc-dc变换器设计

片内纹波注入的降压型DC-DC变换器设计

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作者：谢雨轩兰州大学

学位级别：硕士

随着时间的推移、现代科技的飞速发展,微电子产品已经趋向于便携式、低功耗以及高性能。目前发展得较为火热的新能源汽车领域中,对系统的性能和稳定程度具有更加苛刻的要求。而电源管理芯片,决定着系统是否能够平稳、高效地工作。所以... 详细信息

随着时间的推移、现代科技的飞速发展,微电子产品已经趋向于便携式、低功耗以及高性能。目前发展得较为火热的新能源汽车领域中,对系统的性能和稳定程度具有更加苛刻的要求。而电源管理芯片,决定着系统是否能够平稳、高效地工作。所以研制成一个安全性较高、受外部参数干扰较少,而且输出电压准确度较高的降压型dc-dc变换器是非常富有探索意义的,也是非常有商业价值的。本文选用了TSMC 40 nm CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺,设计了一款基于ACOT(Advanced Constant On Time)自适应的恒定导通时间控制模式的降压型dc-dc变换器,主要特点为:一、避免了在dc-dc系统环路中使用误差放大器,也不需要设计误差放大器的补偿网络,系统的响应速度得到了提升。二、在实际应用中可以搭配LDO(Low Dropout Regulator)工作,将LDO作为dc-dc的软启动模块,并且在轻载时,选择使用LDO提供输出,提升转换效率。三、采用片内纹波注入的方式,减少外部环境对纹波注入器件工作状况的干扰,并且在保证系统稳定性的同时,考虑使用体积更小以及寄生参数更低的陶瓷电容作为输出滤波电容,有效降低输出纹波的大小。系统内部还设计了上电复位、过零检测以及过流保护模块,保障在全阶段内系统正常、稳定地工作。本文使用了Cadence Virtuoso 6.1.8仿真工具对各子模块以及系统整体分别进行了仿真,验证了逻辑、功能的正确性。结果如下:典型条件下,dc-dc系统工作在断续模式下,输出电压的纹波大小约为4.5 mV,系统开关频率约为1.005MHz;连续模式下,输出电压的纹波约为2.45 mV,系统开关频率约为996 k Hz。负载电流在1μs时间完成0 m A与300 m A之间的快速跳变,全工艺角条件下输出电压的最大上冲、下冲分别为42.44 mV、47.09 mV,恢复时间不超过30μs。负载电流为110 m A时,系统的转换效率约为91%。

关键词：电源管理芯片降压型dc-dc变换器自适应恒定导通时间片内纹波注入过零检测

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高效率降压型dc-dc变换器芯片研究与设计

高效率降压型DC-DC变换器芯片研究与设计

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作者：陈颜烨浙江大学

学位级别：硕士

随着信息技术的不断进步和现代社会的不断发展,各类电子产品的普及率不断提高,高效化问题日益受到关注,提高电子产品内降压型dc-dc变换器的效率是解决此类问题的关键所在。因此,本文基于小功率电子产品的应用场景,使用SMIC 0.18μm BCD... 详细信息

随着信息技术的不断进步和现代社会的不断发展,各类电子产品的普及率不断提高,高效化问题日益受到关注,提高电子产品内降压型dc-dc变换器的效率是解决此类问题的关键所在。因此,本文基于小功率电子产品的应用场景,使用SMIC 0.18μm BCD工艺,以输入电压2.7～5.5 V,开关频率1.5 MHz的高效率降压型dc-dc变换器为设计目标,提出并完成了单相和双相两个设计方案。通过对比各类控制方式的优缺点,本文采用峰值电流模的控制方式,利用误差放大器的输出电压与负载电流相关的特点,通过设置斜坡电压的直流值实现了轻载下自动切换为PFM模式,降低了开关损耗和驱动损耗,有效保证了全负载范围内(1 m A～1 A)的高效率,具有结构简单的特点。本文提出一种数字控制软启动方式,有效克服了传统软启动时间受PVT影响偏差较大的缺点。芯片内具有完善的保护电路,当触发保护时会进入“打嗝”(Hiccup)模式,有效保证芯片的安全性和可靠性。测试结果表明峰值效率高达96.2%。5 V输入,1.8 V输出时1 A满载效率为89.5%,10 m A轻载效率为92.5%。为进一步提升带载能力和重载效率,本文提出一个采用双相架构的设计方案,同样采用峰值电流模的控制方式,每相拥有各自的电感以及功率管,但共用输出电容和分压电阻。在单相架构的基础上,双相架构引入了若干功能电路:通过内嵌均流环路微调两相占空比,消除相间失配,实现电流均衡;通过检测总采样电压并与参考值进行比较,使得开通的相数可根据负载情况灵活配置,即在重载时切换成双相工作,中载时切换成单相工作,轻载时自动切换为PFM模式,实现了更宽负载范围内(1 m A～2 A)的高效率。仿真结果表明峰值效率高达97.4%,1.8 V输出时2 A满载效率大于90.1%,1 m A轻载效率大于86.2%。相比于单相架构,双相架构在重负载下更具优势。

关键词：高效率降压型dc-dc变换器峰值电流模控制模式切换电流均衡

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非线性控制方法在降压型dc-dc变换器中的简化应用研究

非线性控制方法在降压型DC-DC变换器中的简化应用研究

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作者：陈钊亿华南理工大学

学位级别：硕士

降压型dc-dc变换器是供电系统中最常用的电源设备。在规模较小的供电结构中，同步Buck变换器最为常用，其控制模型较为简单;而在规模较大的分布式供电结构里，需要以输入电流连续、但控制模型较为复杂的Superbuck变换器来替代同步Buck... 详细信息

降压型dc-dc变换器是供电系统中最常用的电源设备。在规模较小的供电结构中，同步Buck变换器最为常用，其控制模型较为简单;而在规模较大的分布式供电结构里，需要以输入电流连续、但控制模型较为复杂的Superbuck变换器来替代同步Buck变换器。在非线性控制方法中，反步法、反馈线性化方法和滑模控制技术都具有设计自由度较高、实现较为简单的特点，可以用于替代传统的PID控制方法，应用于小功率dc-dc变换器中。反步法和反馈线性化方法的推导过程较为直接，适用于低阶的变换器系统;滑模控制具有降阶控制的特性，对高阶变换器的控制设计非常实用。这三种方法都可以与经典控制理论结合，通过对结构和参数的简化和分析，得到简化应用。　　本文针对现有成果中控制结构复杂、参数繁多的问题，提出了合并控制项、减少控制参数的简化应用的思路，以控制结构和参数的简化为主要目的，对同步Buck变换器和Superbuck变换器进行非线性控制设计。主要内容分为三个方面。　　一、针对同步Buck变换器，首先建立数学模型，然后基于Lyapunov稳定性条件，利用反步法对同步Buck变换器进行了控制律的设计，得到较为复杂的控制器。再将控制律中的自由参数取为电路参数的不同形式的组合，将控制器简化为输入电压前馈和PD控制的形式，然后分别从参数整定和线性化系统的角度，阐述了控制参数的取值方法。最后阐述了控制电路的实际设计过程，并对所设计的控制器进行仿真对比和实验分析，体现了反步法控制响应速度较快的优点。　　二、为了解决反步法控制同步Buck变换器中存在的简化过程复杂、存在稳态误差的问题，本文进一步基于精确状态反馈线性化的方法，结合PID控制，对控制律进行了参数简化，提出了一种电压模式的反馈线性化PID控制器。然后提出了闭环系统最快响应速度的估计式，确定了控制性能和参数之间的定量关系及各参数的取值范围。最后对不同实现形式的控制器进行了对比，得到一种性能最为全面的控制电路。仿真和实验的结果表明，反馈线性化PID控制具有响应快和鲁棒性强的优点。　　三、针对高阶的Superbuck变换器的控制设计，前两种方法得到的结果较为复杂，难以简化应用。论文阐述了滑模控制方法在高阶变换器控制设计上的优点，然后建立了Superbuck变换器的控制模型，利用电感电流误差和输出电压误差的线性组合构造滑模面，基于滞环方式，提出并简化了用于Superbuck变换器的滑模控制器，给出了控制数的约束条件和选择过程。仿真对比结果说明提出的滑模控制器具有鲁棒性强、动态性能好的特点。最后阐述了实验样机的实际设计，证明了该控制器性能良好、结构简单、易于设计的优点。

关键词：非线性控制降压型dc-dc变换器滑模控制约束条件

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一种自适应导通时间降压型dc-dc变换器

一种自适应导通时间降压型DC-DC变换器

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作者：陈成西安电子科技大学

学位级别：硕士

在现代便携式电子设备中,锂电池已经成为最广泛使用且经济的储能设备。随着电子设备小型化发展,电源管理模块的集成度越来越高。相应地,小尺寸片外器件的寄生参数也因特殊的制造工艺发生变化。同时,应用的多样化对电源管理模块要求更多... 详细信息

在现代便携式电子设备中,锂电池已经成为最广泛使用且经济的储能设备。随着电子设备小型化发展,电源管理模块的集成度越来越高。相应地,小尺寸片外器件的寄生参数也因特殊的制造工艺发生变化。同时,应用的多样化对电源管理模块要求更多。其需要具有较高的输出电压直流精度、较好的电磁兼容特性、较快的瞬态响应速度以及较强环路稳定性。在这样的背景下,设计一种具有良好的电磁兼容特性、高输出电压直流精度、瞬态响应较快且稳定性不依赖于片外元件寄生参数的dc-dc变换器是具有商业价值以及理论研究意义的,这也是本文主要的研究目的。本文基于自适应导通时间控制模式,设计了一种锂电池供电应用的降压型dc-dc变换器。由于自适应导通时间降压型dc-dc变换器的控制环路中不需要对控制环路进行补偿,所以相比于传统的控制模式,其响应速度将会更快。另外,为了防止片外输出电容的寄生参数的对环路稳定性造成影响,本文采用了纹波注入的方式增强了变换器的稳定性,使得变换器在低ESR的情况下能正常工作。再者,为了克服该控制模式下所采用的谷值电压检测以及纹波注入所导致的输出电压直流精度问题,采用了输出电压直流校准模块来补偿这部分误差量,有效地提高了输出电压直流精度。之后,为了抑制开关频率的偏移,提高变换器EMI的性能,考虑所有功率管的导通压降等非理想因素对频率的影响,采用了电压采样的方式使得导通时间能与实际的占空比成正比,保证了开关频率的一致性。最后芯片内部还具有软启动电路、限流保护,保障芯片能稳定安全地工作。本文首先比较各种控制模式的优缺点,分析了自适应导通时间控制模式所存在的问题,提出了相应的方法进行改善并对变换器环路小信号模型进行了推导。其中采用纹波注入减小了环路稳定性对片外元件寄生参数的依赖性,采用精度校准电路提高了输出电压精度且自适应的补偿导通时间提高了开关频率的稳定性,减少了EMI。本文采用了SMIC 0.18μm标准的CMOS工艺,使用Cadence Spectre仿真工具对电路模块以及整体进行了仿真验证。结果表明:变换器能够在低ESR的情况下正常工作;在2.7V-4.5V的输入电压范围下,CCM模式下的开关频率相比于2MHz的额定频率误差能够低于1.9%,输出电压直流点相比于预设值1.8V偏差能够低于1%。负载电流从0.2A阶跃到0.5m A以及从0.5m A阶跃到0.2A两种情况下稳定时间分别为7μs和19μs,且上冲电压和下冲电压分别为39m V和42m V。

关键词：锂电池供电应用降压型dc-dc变换器自适应导通时间谷值电压检测输出电压精度恒定开关频率

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PWM降压型dc-dc开半变换器芯片的设计

PWM降压型DC-DC开半变换器芯片的设计

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作者：杨紫尘大连理工大学

学位级别：硕士

随着电力与电子技术的高速发展，电力与电子设备与人们的工作、生活的关系日益地密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代的计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成了计算机的电源换代，进入90年代，开关电源相继的进入各种... 详细信息

随着电力与电子技术的高速发展，电力与电子设备与人们的工作、生活的关系日益地密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代的计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成了计算机的电源换代，进入90年代，开关电源相继的进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测的设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。\n 本文设计了一款5V-3.3V的降压型dc-dc开关电源芯片。该芯片采用电压控制脉冲宽度调制(PWM)的方法，并在芯片的内部集成了功率开关管与整流管，极大地提高了芯片的效率，同时简化了外围电路。该芯片工作在1.5MHz的高频率下，使外部器件的尺寸大大地减小。本文介绍了开关电源的基本理论，对降压型电源的拓扑结构进行了理论分析，并且探讨了不同控制方式与调制方式的优缺点。根据PWM开关电源的不同类型，合理地设计了各子电路。主要有以下七个模块:误差放大器模块、带隙基准模块、斜坡发生器模块及PWM比较器模块，以及过温、过流、欠压等保护电路模块。此外，本文详细阐述了功率开关管以及整流管的设计过程，并给出了外围器件参数的选取方法。\n 本文采用了(CSMC)0.5μmCMOS工艺模型，其模型已成为集成电路的主流工艺，以及采用Spectre和Hspice等EDA仿真软件对电路进行了模拟仿真。仿真的结果表明在4.2V-5.6V变化时的输入电压，可以很好的稳定在3.3V输出电压，25mV的最大的纹波电压，550mA的最大的负载电流，在4mA-550mA的负载范围内效率达到了88％以上，在400mA的额定负载下，转换效率达到了93％。仿真结果显示，各项指标都满足设计要求，达到了预期的目标。

关键词：降压型dc-dc变换器脉冲宽度调制开关电源电压芯片 CMOS工艺

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一种抑制相电流振荡的双相Buck变换器的设计

一种抑制相电流振荡的双相Buck变换器的设计

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作者：黄枭伟东南大学

学位级别：硕士

随着集成电路设计和制造工艺的进步，电子设备对于电源性能的要求越来越高。特别是给微处理器供电的电源，要满足低电压、大电流、高可靠性的要求。目前此类电源通常选用多相电源来实现。由于微处理器经常在工作和待机状态之间切换，有... 详细信息

随着集成电路设计和制造工艺的进步，电子设备对于电源性能的要求越来越高。特别是给微处理器供电的电源，要满足低电压、大电流、高可靠性的要求。目前此类电源通常选用多相电源来实现。由于微处理器经常在工作和待机状态之间切换，有时切换的频率达到或超过电源开关频率，这就产生了一种连续高速跳变的负载电流。当连续跳变频率接近电源的开关频率时，多相电源的相电流就会出现差频振荡现象。这种相电流振荡现象提高了电感的峰值电流，缩短使用寿命，是微处理器电源必须面对的一个问题。\n 本论文设计了一种双相Buck dc-dc变换器，具有低输出电压纹波、较快的瞬态响应速度、良好的调整率和均流效果，特别是在负载连续跳变频率接近开关频率时，能够有效抑制相电流振荡现象。论文首先建立了双相Buck变换器的数学模型，用于指导补偿网络设计，满足了系统稳定性和瞬态响应速度要求。然后仔细分析了相电流振荡现象产生的原因，并提出了在芯片内部集成有源滤波器的方法来抑制电流振荡现象。\n 本设计采用了CSMC0.5μm CMOS工艺，利用Cadence IC5141集成电路设计工具完成了电路晶体管级设计、前仿真、物理版图设计，芯片大小1500μm×1000μm。提取版图寄生参数后，利用H-spice完成后仿真。前后仿真结果表明，本设计的双相Buck变换器的输入电压范围4.5V-6V，输出电压3.3V，输出电压纹波小于3.3mV，瞬态响应时间小于50μs，负载调整率0.45％/A，电压调整率0.7％/V，均流误差0.63％。电源系统能够抑制相电流振荡现象。仿真结果全部符合设计指标。本论文可以为以后的同类研究提供重要参考。

关键词：相电流振荡降压型dc-dc变换器陷波滤波器负载电流

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降压型dc-dc开关电源关键电路研究与设计

降压型DC-DC开关电源关键电路研究与设计

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作者：关晶晶重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着集成电路技术及便携电子产品发展,市场对电源管理芯片的转换效率和体积提出了更高要求。本文在研究降压型dc-dc变换器关键子电路基础上,给出了一种高效的降压型dc-dc变换器。主要包括以下内容:首先,根据应用场景设计了一款降压型峰... 详细信息

随着集成电路技术及便携电子产品发展,市场对电源管理芯片的转换效率和体积提出了更高要求。本文在研究降压型dc-dc变换器关键子电路基础上,给出了一种高效的降压型dc-dc变换器。主要包括以下内容:首先,根据应用场景设计了一款降压型峰值电流模自适应固定关断时间(Adaptive Fixed Off Time,AFOT)控制dc-dc变换器。针对这种降压型dc-dc变换器,建立小信号电路模型,采用描述函数法建模,并进行环路补偿。然后运用软件Simplis仿真验证环路稳定性。其次,在分析降压型dc-dc变换器的损耗源的基础上,研究系统调制方式对转换效率的影响。通过计算不同调制方式的转换效率发现,脉冲频率调制能够提高轻载下的转换效率。为提高降压型dc-dc变换器轻载下的转换效率,本文采用脉冲频率调制、电流过零检测技术和同步整流技术措施。最后,在研究设计带隙基准电路、高边驱动电路、误差放大器、电流检测电路、比较器以及自适应固定关断时间产生电路等降压型dc-dc变换器的关键子电路基础上,给出了一种AFOT控制模式的降压型dc-dc变换器。仿真结果显示,当负载电流为500m A、输入电压在10V～24V范围内变化时,输出电压变化小于29m V,调整时间小于193μs。当负载电流在10m A～500m A范围内变化时,系统输出电压变化小于35m V,调整时间小于178μs。降压型dc-dc变换器的系统转换效率高达93.8%。

关键词：降压型dc-dc变换器 AFOT 环路稳定性转换效率

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