適用于便攜式產(chǎn)品的單電感多輸出直流—直流變換器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著信息技術(shù)發(fā)展，便攜式電子產(chǎn)品越來越成為一個(gè)功能豐富的移動(dòng)終端，而持續(xù)增長的功耗與電池電量的矛盾日益突出；同時(shí)產(chǎn)品的便攜性要求其體積緊湊，重量輕巧，續(xù)航時(shí)間長。這就要求便攜式產(chǎn)品的電源管理芯片在提高轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)減少片外元件，特別是價(jià)格相對(duì)較高的電感。單電感多輸出直流-直流變換器(Single-Inductor Multiple-Output，SIMO)，是利用單個(gè)電感實(shí)現(xiàn)多路輸出的直流變換器，因其高效靈活又節(jié)約成本得到了學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)

2、界的廣泛研究與關(guān)注。
　　本論文研究了SIMO變換器的基本結(jié)構(gòu)與工作特性，分析了多輸出結(jié)構(gòu)存在的問題，主要包括輸出紋波與毛刺增大，轉(zhuǎn)換范圍受限，交調(diào)影響和效率降低等。相比傳統(tǒng)的單輸出變換器，SIMO變換器由于其多輸出多環(huán)路而增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。本文提出了一種通用的開關(guān)模型，建立多輸出結(jié)構(gòu)的小信號(hào)模型，分析系統(tǒng)的環(huán)路解耦，并設(shè)計(jì)系統(tǒng)補(bǔ)償。針對(duì)SIMO變換器存在的問題，本文提出了一種飛電容方法降低輸出紋波和毛刺；同時(shí)提出了一種擴(kuò)展

3、式脈沖寬度調(diào)制(Extended Pulse Width Modulation，EPWM)方法拓寬轉(zhuǎn)換范圍并優(yōu)化轉(zhuǎn)換效率；本文還提出了一種根據(jù)各路負(fù)載關(guān)系調(diào)整反饋系數(shù)的自適應(yīng)共模和差?？刂频姆椒?，優(yōu)化系統(tǒng)響應(yīng)。
　　本論文采用0.25μm2P4M2.5V/5V CMOS工藝設(shè)計(jì)并測試了三個(gè)SIMO變換器芯片，分別包括：(1)一種單電感雙輸出降壓型直流-直流變換器，輸入電壓2.7～5V，兩路輸出1.2V和1.8V，最大負(fù)載電流600

4、mA，開關(guān)頻率1MHz，峰值效率87％，輸出紋波與毛刺小于40mV；(2)一種單電感雙輸出升降壓型直流-直流變換器，輸入電壓2.5～5V，兩路輸出1～5V和1.8～5V，開關(guān)頻率2MHz，峰值效率90％，每路輸出都可以做靈活的升降壓應(yīng)用；(3)一種單電感正負(fù)電壓輸出直流-直流變換器。輸入電壓2.5～5V，兩路正輸出1～4V和1.8～4V，一路負(fù)輸出0～2V，峰值效率90％，最大功率2.5W，變換器可以根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)選擇工作模式來優(yōu)化整