適用于PMU集成的DC-DC變換器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著便攜式設(shè)備功能越來(lái)越多，體積越來(lái)越小，速度越來(lái)越快，對(duì)電源管理芯片的要求越來(lái)越高。由于鋰電池等的能量密度和容量有限，必須要有高效率的電源管理芯片使電池儲(chǔ)存的能量高效率地提供給系統(tǒng)，保證系統(tǒng)續(xù)航時(shí)間。與此同時(shí)，現(xiàn)代的便攜設(shè)備要求實(shí)現(xiàn)更加輕薄的系統(tǒng)體積，對(duì)芯片以及外圍需要的元件的高度和體積提出了更高的要求。小的系統(tǒng)體積必然要求單片集成環(huán)路補(bǔ)償?shù)碾娮?、電容等器件。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用中可通過(guò)高開(kāi)關(guān)頻率減小外圍的功率電感值和功率電容值，從而縮小

2、占用面積。但在高開(kāi)關(guān)頻率會(huì)增大開(kāi)關(guān)損耗，很難保證較高的變換效率。在SoC系統(tǒng)中，CPU工作狀態(tài)也會(huì)時(shí)刻發(fā)生變化。比如一個(gè)智能手機(jī)在運(yùn)行大型游戲或者播放高清視頻時(shí)，CPU會(huì)以最高頻率運(yùn)行，功耗最大，但播放MP3或者待機(jī)情況下系統(tǒng)處于閑置狀態(tài)，CPU以較低頻率運(yùn)行。因此，在現(xiàn)代的低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源管理單元（PMU）需要根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，即系統(tǒng)的負(fù)載輕重情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓，即DVS（Dynamic Voltage Scaling）。

3、DVS要求變換器保證較高的輸出精度和較低的調(diào)整率，以避免SoC中的時(shí)序錯(cuò)誤。
　　本文針對(duì)低功耗DVS系統(tǒng)對(duì)電源管理芯片的要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)電壓模式的Buck變換器。其輸入電壓2.6-4.2V，輸出電壓0.7-1.8V連續(xù)可調(diào)，步長(zhǎng)25mV，開(kāi)關(guān)頻率典型情況下2MHz。開(kāi)關(guān)頻率由3個(gè)控制字決定，變化范圍為1-2.75MHz。系統(tǒng)最大負(fù)載1A，最高效率在90％以上。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)采用相位超前補(bǔ)償，該補(bǔ)償方式可以減小補(bǔ)償電容的數(shù)量和面積，便于

4、系統(tǒng)集成，同時(shí)可以增大環(huán)路帶寬，提高瞬態(tài)響應(yīng)速度。反饋環(huán)路當(dāng)中的參考電壓由一個(gè)6位的DAC提供。DAC的輸出在0.7-1.8V范圍內(nèi)可調(diào)，步長(zhǎng)25mV。通過(guò)反饋環(huán)路的調(diào)節(jié)，就可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的DVS功能。針對(duì)相位超前補(bǔ)償方式存在低頻環(huán)路增益不夠大，導(dǎo)致輸出電壓精度不夠高，穩(wěn)態(tài)誤差比較大，調(diào)整率比較差的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)的Buck變換器采用數(shù)字輔助的自校準(zhǔn)策略，在輸出電壓隨負(fù)載變化比較大的時(shí)候，通過(guò)對(duì)占空比進(jìn)行微調(diào)，抑制輸出電壓的大范圍變化，從