低功耗Sigma-Delta直流轉換器的研究與設計.pdf

1、隨著便攜式電子設備系統(tǒng)規(guī)模的迅猛發(fā)展,電池續(xù)航時間問題成為系統(tǒng)設計者的首要考慮因素之一。由于目前電池容量的提升速度遠遠落后于系統(tǒng)功耗的增長速度,因此使用高性能的開關型直流轉換器(DC-DC)仍然是重要選擇。在功耗、成本、體積、性能等多方面壓力下,當今便攜式電子設備對DC-DC提出了轉換效率高、諧波干擾低以及響應速度快等一系列要求?；谶@些要求,本論文分析了現(xiàn)有技術方案的不足,并對具有良好諧波抑制特性的低功耗、快速響應、降壓型(Buck)

2、DC-DC進行了研究與設計。
　　論文首先對低壓差穩(wěn)壓器(LDO)、電荷泵(Charge Pump或Switched-CapacitorConverter)以及DC-DC等電源轉換器的工作原理和性能特點進行了介紹。并著重從工作模式、調制方式、控制技術和輸出諧波干擾等幾個層面對DC-DC進行了詳細的總結和優(yōu)缺點對比。
　　隨后論文從連續(xù)導通(CCM)和斷續(xù)導通(DCM)兩種模式出發(fā),對DC-DC的各種損耗來源進行了詳細分析。分

3、析對象包括了功率管導通損耗、功率管寄生電容充放電損耗、功率管體二極管導通損耗、功率管開關損耗、濾波電感寄生電阻損耗、濾波電容寄生電阻損耗、輸出電壓紋波損耗以及外部引線寄生電感損耗等。論文對分析結果進行了數(shù)值比較,并獲知了各種損耗在不同負載電流下對DC-DC效率的影響程度,從而可以對DC-DC的效率優(yōu)化方案進行有力指導。
　　接著論文提出了一個基于3階Sigma-Delta調制器的DC-DC系統(tǒng)方案,利用3階Sigma-Delta調

4、制器良好的噪聲整形特性對DC-DC的輸出諧波進行有效抑制。論文詳細研究了Sigma-Delta調制器在DC-DC系統(tǒng)中的傳輸特性,分析出其在DC-DC控制環(huán)路中的傳遞函數(shù)。在此基礎上,論文總結出一個完整的Sigma-Delta DC-DC環(huán)路設計方法,并在CCM和DCM兩種模式下對DC-DC進行了環(huán)路補償設計。
　　在上述損耗分析和環(huán)路設計的基礎上,論文最后設計了一個在寬負載電流范圍內具有良好諧波抑制特性的低功耗、快速響應Sigm

5、a-Delta DC-DC轉換器。設計采用有源.無源的混合式結構來降低Sigma-Delta調制器的功耗;采用功率管動態(tài)柵寬調整、脈沖屏蔽控制、動態(tài)死區(qū)時間調整等技術來提高DC-DC的轉換效率;在負載跳變時采用非線性控制來加快DC-DC的響應速度。除此之外,論文在電流采樣電路、軟啟動電路和低功耗電壓基準源等模塊上也都進行了有益的創(chuàng)新設計。DC-DC的輸入電壓為2.7～4.2 V,輸出電壓為0.9 V,片外濾波電感為2.2μH,片外濾波電