高性能開關(guān)電容DC-DC變換器的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電源管理技術(shù)在各種電子系統(tǒng)中得到了充分應(yīng)用。而直流-直流變換器(DC-DC)則是其中應(yīng)用最多的一種。直流-直流變換器可以分為三類：線性調(diào)壓器(LDO)，電感型開關(guān)變換器(又稱開關(guān)電源)和開關(guān)電容變換器(又稱電荷泵)。在這三者中，開關(guān)電容變換器以其高效率，EMI小，體積小的特點在便攜式產(chǎn)品和中小功率應(yīng)用場合得到了廣泛的應(yīng)用。
　　 本文就開關(guān)電容變換器開展了深入的研究。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，開關(guān)電容變換器又有

2、單級和多級之分，本文分別就這兩類開關(guān)電容變換器進(jìn)行分析與設(shè)計。在單級開關(guān)電容變換器的研究中，設(shè)計了一種基于變頻調(diào)制(VFM)的新型系統(tǒng)，通過自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的時鐘頻率使之在很大負(fù)載范圍內(nèi)保持了高效率和低紋波的特性。單級系統(tǒng)在TSMC的0.35um混合信號CMOS工藝下設(shè)計并完成流片，芯片面積為1.5mm×1.5mm。仿真與測試結(jié)果表明提出的設(shè)計目標(biāo)已實現(xiàn)，VFM模式跟隨負(fù)載變化調(diào)節(jié)系統(tǒng)時鐘頻率的控制策略很好地克服了傳統(tǒng)控制策略的缺點，使得系

3、統(tǒng)在保持高效率的同時能保持很低的紋波。而在多級開關(guān)電容變換器研究中，提出了用普通的單阱工藝來設(shè)計一個低成本高效率，具有較大電流驅(qū)動能力的單片多級開關(guān)電容變換器。針對系統(tǒng)目標(biāo)，采用了一種交叉耦合的全PMOS結(jié)構(gòu)的新型升壓單元，并通過多級系統(tǒng)的建模分析了系統(tǒng)的電流驅(qū)動能力和系統(tǒng)效率，建立了一個三級的開關(guān)電容變換器系統(tǒng)。整個系統(tǒng)在TSMC的0.35um混合信號CMOS工藝下完成，使用CADENCE的Spectre仿真器進(jìn)行了仿真驗證。仿真結(jié)果