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《电子科技大学》 2011年
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多模式DC-DC变换器高效模式切换技术研究

余小强  
【摘要】:随着金融海啸的退去,全球半导体市场逐步回暖,中国已经成为全球最大的半导体市场。预计未来几年中国的电源管理芯片市场将急速扩张。而在各国都在积极研究如何提高能源使用效率的背景下,如何提高电源管理芯片的转换效率的研究变得非常迫切。 本文基于对模式切换技术的分析,设计了一款基于90nm 1P7M CMOS工艺的多模式DC-DC Buck变换器芯片,并着重研究调制模式之间的切换技术。该芯片设计的输入电压范围为2.7V至4.2V,输出电压为0.7V至1.8V动态可调,由内建DAC控制,步进为25mV,芯片的开关频率为2MHz,负载电流能力1A,芯片能在-40℃-125℃范围内正常工作。系统采用PSM和PWM两种调制模式,使系统能在整个负载能力范围内都具有较高的转换效率,PWM调制模式有CCM和DCM两种工作模式。系统具有软启动功能,并设有过温保护、过流保护和欠压保护模块,芯片采用同步整流技术和电压前馈技术,同步整流技术能显著提高变换器的转换效率,电压前馈技术可以改变系统在输入电压改变时的瞬态响应能力。同时死区时间控制模块可以保证主开关MOS管和同步整流MOS管在不交叠的时钟下交替导通。功率管采用分段驱动设计,能提高系统在轻负载下的转换效率。本芯片经过仿真验证,性能指标能够满足设计的要求,并完成了版图设计和流片测试工作。 本文首先对DC-DC变换器的基本原理进行了阐述,并在此基础上介绍了本文所设计的变换器芯片的系统和模式切换部分,文章接着介绍了变换器中的重点模块电路,仔细分析了电路的工作原理,并采用HSPICE仿真软件进行了功能验证和性能参数仿真。最后进行变换器芯片的整体电路仿真、版图设计和测试分析。
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