开关电容DC-DC转换器:从变压器模型到电路的演进

开关电容(Switched Capacitor,SC)DC-DC转换器在很多领域有着广泛的应用。为应对大电压转换比(Voltage Conversion Ratio,VCR)的情况,前人提出了诸多拓扑结构。常用的拓扑结构包括Dickson,Cockcroft-Walton,Series-Parallel,Ladder,Fibonacci,Divider等等。这些拓扑结构有着各自的性能特点,适用于不同的场景。然而,对于这些不同的拓扑结构是如何产生的,本质的区别是什么,各自的优缺点是什么,并无直观的解释和分析。因此,该文从开关电容DC-DC转换器的等效变压器模型入手,分析了各个拓扑之间的本质区别,并展示了从等效模型到实际电路的演进过程,解释了规则和原因。

DC-DC转换器高低温测试方案研究

高低温测试是DC-DC转换器筛选过程中的重要环节之一,直接关系到对电路的判定。以传统DC-DC转换器测试方案来进行高低温测试,壳温变化较大,影响测试的稳定性。针对传统测试方案存在的问题,提出了一种基于ATE、热流罩的高低温测试方案,介绍了物理结构设计、选材侧重点和板卡布局等要点。通过对方案优化前后的测试效果进行对比,展现新方案测试能力的提升,可以为DC-DC转换器的测试筛选和应用验证方案设计提供参考。

采用分段式自适应PWM/PFM调制的Buck型DC-DC转换器设计

为了在轻重负载条件下获得更高的转换效率,采用分段式结构和导通电阻更小的NMOS作为输入级,并采用PWM/PFM双调制方式,设计了一种Buck型DC-DC转换器。为解决PWM/PFM调制信号切换问题,采用零电流检测方式进行切换。利用断续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)下端NMOS管导通时电感电压的不同,检测下端NMOS在导通时电感电压大于零的周期。当电感电压大于零的周期大于2时,则处于DCM模式并自动采用PFM调制模式,关闭一部分功率管以减小开关频率和功率管寄生电容,优化轻载效率;反之则处于CCM模式并采用PWM调制。仿真结果表明,在负载电流10~1000 mA范围内,该电路可以在两种调制模式平稳切换,在800 mA时峰值效率可提升到96%以上。

宽输入电压降压型DC-DC转换器发展综述

电源管理芯片在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责,最常见的结构是线性电源和开关电源。开关电源通过控制开关管开通和关断的时间,维持稳定的输出电压,以其高效率、小型化的特点而广泛应用于几乎所有的电子设备。工业控制系统、汽车电子等领域往往存在多个电压轨,在不同工作阶段还存在输入电压瞬间大范围变换的情况,这要求其具有高输入电压的同时,还需要在一个较宽的输入范围内能够高效地给负载供电。文章围绕宽输入电压DC-DC的转换效率提升、快速响应技术及低EMI设计进行了综合阐述,并分析了学术界和业界的一些最新进展。

一种峰值电流模式DC-DC转换器控制电路设计

基于中科渝芯40 V双极型工艺,完成了一种峰值电流模式DC-DC电压转换器控制电路的模块设计、芯片版图设计和流片验证,其通用于升压、降压、反相的场景,并可以实现输出电压可调。电路采用峰值电流模式的PWM控制方式,能够更好的提供瞬态特性以及重载下的输出性能。芯片集成功率开关管,采用类三角形分布式发射极版图设计,保证足够发射区面积的同时有效降低了基极电阻,减弱了电流集边效应,弥补了发射极去偏置效应,并且不增加额外面积。实测数据表明:外接1 nF的定时电容可产生约32 kHz的振荡频率,功率开关管关态集电极电流低至52 nA,功率管直流电流增益约为131,基准电压温度系数约为0.09 mV/℃,静态电源电流低,约为2.7 mA。

升压型DC-DC转换器中的动态斜坡补偿电路设计

文章给出了一种用于升压型DCDC转换器的动态斜坡补偿电路。该设计引入了输入、输出电压反馈控制电路,利用工作于线性区的MOS管压控电阻特性,实现了动态、优化的斜坡补偿。与传统的设计相比,引入的斜坡补偿对系统带载能力、瞬态响应的负面影响有效减小,并给出了仿真结果。

一种用于DC-DC转换器的精密振荡器设计

提出了一种用于DC-DC转换器的高频、精密张驰振荡器的设计方法。基于V-I转换器原理,设计了精密电流产生电路;基于基极电流补偿技术,设计了一种结构新颖的比较器门限电压产生电路,从而有效地提高了振荡器频率稳定性和精度。通过外接可调电阻,振荡器可调工作频率为100 kHz^3 MHz,并能同时提供占空比85%的方波信号和用于斜率补偿的锯齿波信号,还具有与外接时钟信号同步振荡的功能。流片测试结果表明该振荡器满足设计指标。

峰值电流模DC-DC转换器中多功能误差放大器电路设计

提出了一种适合于峰值电流模DC-DC转换器的新型多功能误差放大器电路.与斜坡电压信号结合可实现软启动功能,实现了从启动阶段到稳定工作状态的平滑过渡,无扰动出现,并有效地消除了启动阶段的浪涌电流和电压过冲;同时还具有最大电流限制和模式切换功能.该误差放大器集成到一款峰值电流模升压型DC-DC转换器中,电路采用CSMC 0.5μm BCD工艺实现.仿真结果表明:3.5V的输入电压下,误差放大器消耗的静态电流为4.48μA,并且能够实现软启动、最大电流限制、模式切换功能.电路具有简单易实现,功耗低的特点.

升压型DC-DC转换器的设计与研究

主要研究了一种高转换效率、低输出纹波的升压型DC-DC转换器.该转换器具有很高的转换效率、低工作电压、欠电流与过电流检测和节电模式控制等特性.通过带隙基准电压源对转换器内部工作点提供偏置,大大地提高了系统的稳定性,提高了抗电源电压波动,温度的变化以及噪声引起的干扰的抑制.采用0.25μmCMOS工艺,其转换效率可达到90%以上.在输入电压为2.5V的条件下,输出电压为标准的3.3V和5V.

数控机床大功率DC-DC转换器设计与控制

针对数控机床行业中使用的大功率DC-DC转换器,提出一种适用于大功率应用场合的LCL型dc/dc转换器的改进设计方法。基于零无功功率和有功功率平衡条件,结合电压和电流的P-Q理论方法,设计LCL型dc/dc变换器以实现更高的电压阶跃比,并限制电容器电压。依据提出的方法设计转换器参数,并搭建仿真模型对设计方案进行验证。仿真结果显示,转换器能实现300 kV/20kV的大功率DC-DC转换,电压阶跃比高且系统稳定性较好。说明所提出设计方法可用于数控机床中大功率高阶跃比DC-DC转换器设计与控制。

低功耗升压型PFM DC-DC转换器

设计了一种低功耗升压型PFMDC-DC转换器。提出了一种新颖的驱动电路结构,该驱动电路的预充电功能大大地缩短了功率开关管的开启响应时间,减小了"硬开关"损耗,提高了系统的转换效率,并且详细地阐述了系统工作原理以及PFM信号的产生过程。测试结果表明,系统正常工作时的静态电流为50!A,停机模式的静态电流小于1!A,Vin低至0.9V时系统仍能正常工作,限流值为350mA,输出电压高达34V,最高转换效率为85%。

一种用于DC-DC转换器的误差放大器

基于一种适用于DC-DC转换器的误差放大器，提出DC-DC转换器的系统补偿方案。应用此电路设计的芯片在XFAB公司的0．6μm CMOS工艺上实现，仿真结果表明：在2．45-16V电源电压下，该误差放大器的精度〈2mV，未带载时传输延时为95ns，具有高精度和高速的性能。在几种典型应用下，DC-DC转换器系统相位裕度大于46．1°，具有良好的稳定性。

采用简化自适应混合调制技术的DC-DC转换器

为了在较宽负载范围内获得高的转换效率,采用PWM调制与PSM调制相结合的调制模式,设计了一种混合调制方式DC-DC转换器。设计了一种简单的自适应调制方式切换电路,利用斜坡发生电路的斜坡下降沿,设计了一种新颖的最小占空比信号OSC、VRAMP信号和时钟信号VCLK同步发生电路,简化了电路规模。在轻负载时,采用占空比和输出电压同时检测的方法,将调制模式自动切入PSM调制模式,减小了开关电路工作频率,静态损耗减小了40%。采用65 nm CMOS工艺进行设计。仿真结果表明,该电路在两种调制方式之间可以平稳切换,1 mA负载时工作效率提升到86.3%。

一种数字控制可变输出DC-DC转换器的设计

针对SoC中的动态电压调节技术,设计了一款可变输出的数字控制Buck型DC-DC变换器.首先,采用基于系统模型的轨迹预测方法,根据当前开关周期电感电流和输出电压的采样值,并基于电感、电容的储能特性,预测出下一开关周期的电感电流和输出电压值;然后,将此预测值代替实际采样值,补偿环路时延,提高瞬态响应.此外,采用多采样技术减弱随机噪声的影响.本设计采用SMIC 65 nm工艺实现.测试结果表明,当仿真预测值与实际采样值之间的最大偏差小于15 mV时,输出电压的稳态误差可控制在5 mV内.负载和参考电压变化时,输出电压的瞬态响应时间分别为122.3和476.1μs,电源调整率为14.37%.

低功耗升压型DC-DC转换器SP6644/6645及其应用

SP6644/6645是Spice公司生产的一种性价比极高的低功耗低压升压型DC -DC转换器。该器件可广泛应用于传呼机、遥控装置、定点设备、医疗监视器等低功耗便携式终端产品的电源系统中。文中介绍了SP6644/6645的一般结构、使用技巧及其性能特点 。

一种新颖的DC-DC转换器分步加断电控制电路

本文针对DC-DC转换器组的分步加断电时序要求,提出了一种新颖的控制电路,并给出了仿真数据。

升压型DC-DC转换器MAX1676的原理与应用

介绍了美国MAXIM公司推出的新型DC-DC转换器MAX1676的性能特点和工作原理,给出了3例典型应用电路。

用于开关DC-DC转换器的快速负载瞬态响应电路

设计了一种提高固定开关频率DC-DC转换器负载瞬态速度的电路。该电路通过在负载跳变过程中改变开关频率的方式来提高负载瞬态响应速度。在负载电流瞬态变化时,DC-DC输出电压的跳变量通过反馈电压采样和放大后来控制开关频率。负载电流从小到大跳变时开关频率增加,在负载电流从大到小跳变时开关频率降低。整个芯片后仿真结果表明,所设计的电路可以改善负载瞬态响应,在输入电压12 V、输出电压5 V条件下,负载电流由1 A到3 A跳变时,输出电压过冲量降低了26 mV,负载电流由3 A跳变到1 A时,输出电压过冲量降低了52 mV。该电路在一款0. 18μm高压BCD工艺的降压型DC-DC转换器芯片中进行了投片验证,测试结果表明,负载瞬态时,输出电压过冲量减小,增加了系统稳定性。

合理选择DC-DC转换器

讨论线性稳压器、开关型DC-DC转换器、电荷泵等三种DC-DC转换器的特点、如何选用以及应用中的相关问题。