一种高频单片GaN DC-DC降压转换器设计

基于全耗尽型(D-mode)0.25μm硅基氮化镓(GaN-on-Si)工艺,设计了一款高频单片GaN DC-DC降压转换器芯片。该芯片集成了驱动电路和半桥功率级电路,驱动电路中电平放大功能通过有源上拉结构实现,在100~200 MHz频率范围内,单片GaN DC-DC降压转换器可直接被0.7 V的高速脉冲信号控制,无需片外模块,其峰值功率级效率达到92.2%,峰值总效率达到84.24%,峰值功率为7.7 W。相较于前期工作,芯片工作范围从100 MHz提升至200 MHz,在保证芯片效率性能的情况下,实现了对工作频率的大幅提升。

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。

用多相DC-DC转换器驱动高性能ASIC和微处理器

本文主要介绍驱动高性能 ASIC 和微处理器的多相 DC-DC 转换器设计方案及应用.

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。

基于时间控制技术的双NMOS降压直流转换器

为有效降低系统功耗,设计一种基于时间控制的降压直流转换器。该系统架构以时间作为处理变量,使用CMOS级类数字信号,同时不增加任何量化误差。在积分器设计中使用环形振荡器代替传统上的运算放大器,以有效降低功耗。增加延迟线,实现电压到时间的转换并求和,再利用一个简单的触发器产生PWM调制信号。本设计基于时间的控制,消除了高带宽误差放大器和模拟控制器中对脉宽调制器的需求,以及数字控制中对高分辨率ADC的需求,兼具数字和模拟控制的优点。通过测试表明,本设计整体架构仅使用7.6μA静态电流即可实现控制。

一种具有电流均衡功能的多相降压转换器

提出了一种具有电流均衡功能的多相降压转换器,该转换器采用华虹0.35μm BCD工艺实现。该转换器带有一个输入前馈同步降压脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制器,以控制一个具有精确电压监测和输入电压前馈能力的双独立电压转换器。通过多相级联技术,可以轻松地实现高效的低电压和高电流输出,操作简便。该技术的特性在于能够抵消由于相位差而产生的多相间的输出噪声,同时能够实现对各相总输出电流的准确平衡。输入电压范围为3~22 V,具有较高的稳定性和较低的输出电压纹波。

DC-DC降压转换器控制系统虚拟实验平台设计

为了研究DC-DC降压转换器的输出电压调节问题,利用Matlab软件的图形用户开发工具GUI设计了基于DC-DC降压转换器控制系统的虚拟仿真实验测试平台。同时利用可视化仿真工具Simulink在后台搭建了基于连续滑模控制算法的系统仿真模型。考虑到DC-DC降压转换器系统的输出电压通常会遭受参考电压和负载电阻变化的影响,为了显示所推荐控制方法的优越性,设计了基于传统双闭环PI控制和所推荐连续滑模控制的两组对照实验。实验结果验证了所搭建控制系统模型的正确性和整个实验平台的有效性。该实验平台既着重介绍了DC-DC降压转换器和PI控制方法的基础知识,又特别引入了先进的连续滑模控制方法,有效支持了自动控制原理课程的建模和控制分析实验。

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。

IR XPhase芯片组系列增加N+1冗余和热插拔能力满足多相位DC-DC降压转换器需求

功率半导体和管理方案领导厂商国际整流器公司（International Rectifier，简称IR）近日在其XPhase控制IC和相位IC系列中加入一个新型芯片组．它针对可扩展多相位、交错型降压DC-DC转换器的需要．加入了N＋1冗余和热插拔能力和一系列保护功能。该芯片组包含IR3510 XPhase控制制IC．以及匹配的IR3086A和IR3088A相位IC．适用于驱动容错式应用中的高可用性CPU和服务器。这些应用一般都需要动态插入特性。

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.

星载DC-DC电源转换器总剂量辐射损伤效应研究

对低功率、双输出型DC-DC电源转换器60 Coγ辐照后的总剂量辐射损伤及辐照后退火效应进行研究。探讨了器件在不同负载、不同输入电压条件下输入电流Iin、正路/负路输出电压Vout、正路输出电流Iout、抑制模式下的输入电流Iinhibit等参数随总剂量、退火时间的变化关系。实验结果表明:虽然同为小功率器件(DVHF2812DF与DVTR2815DF),但抗总剂量辐射能力有所差异,这与以往结果不同;由于氧化物正电荷的累积,在追加辐照时器件参数发生很大变化;满功率负载条件下器件的电参数随总剂量变化明显;抑制模式下输入电流可作为一评估器件抗辐射能力的敏感参数。

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.

应用于无线传感器网络的DC-DC升压转换器设计

无线传感器网络的应用越来越广泛,根据从环境中获取能量的需要,提出一种两级电荷泵结构的DC-DC升压转换器,通过两级升压将热电发电机产生的低压升至工作电压,该结构具有体积小、转换效率高等优点。仿真结果表明:使用0.18μm CMOS低阈值电压工艺时,能够将低压0.1 V升至2.5 V,在输入电压为0.1 V时,转换效率为45%,功耗为3.1μW。

频率可调带宽可选的VLBI多相数字基带转换器

VLBI数据采集终端是VLBI台站的重要设备,近年来随着数字硬件设备例如ADC、DSP、FPGA的快速发展,数字基带转化器代替模拟基带转换器成为现实。现有采用多相滤波器实现DBBC的方法不可避免存在盲区,且频率、带宽均不可调。提出一种通用的基于多相结构的宽带数字下变频方法,将多速率信号处理和并行处理方法应用在其中,成功实现了VLBI多个通道的单边带数字基带转换,且能实现中频中心频率可调、带宽可选。硬件测试结果表明VLBI数字基带转换器频率设置正确,带宽选择正确,且数字基带转换器带通特性好于模拟基带转换器。

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%。