高性能開(kāi)關(guān)電容DC-DC變換器的研究與設(shè)計(jì).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(kāi)關(guān)變換器(又稱開(kāi)關(guān)電源)和開(kāi)關(guān)電容變換器(又稱電荷泵)。在這三者中，開(kāi)關(guān)電容變換器以其高效率，EMI小，體積小的特點(diǎn)在便攜式產(chǎn)品和中小功率應(yīng)用場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。
　　 本文就開(kāi)關(guān)電容變換器開(kāi)展了深入的研究。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，開(kāi)關(guān)電容變換器又有

2、單級(jí)和多級(jí)之分，本文分別就這兩類開(kāi)關(guān)電容變換器進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。在單級(jí)開(kāi)關(guān)電容變換器的研究中，設(shè)計(jì)了一種基于變頻調(diào)制(VFM)的新型系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的時(shí)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(jí)系統(tǒng)在TSMC的0.35um混合信號(hào)CMOS工藝下設(shè)計(jì)并完成流片，芯片面積為1.5mm×1.5mm。仿真與測(cè)試結(jié)果表明提出的設(shè)計(jì)目標(biāo)已實(shí)現(xiàn)，VFM模式跟隨負(fù)載變化調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的控制策略很好地克服了傳統(tǒng)控制策略的缺點(diǎn)，使得系

3、統(tǒng)在保持高效率的同時(shí)能保持很低的紋波。而在多級(jí)開(kāi)關(guān)電容變換器研究中，提出了用普通的單阱工藝來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)低成本高效率，具有較大電流驅(qū)動(dòng)能力的單片多級(jí)開(kāi)關(guān)電容變換器。針對(duì)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?jiǎn)卧⑼ㄟ^(guò)多級(jí)系統(tǒng)的建模分析了系統(tǒng)的電流驅(qū)動(dòng)能力和系統(tǒng)效率，建立了一個(gè)三級(jí)的開(kāi)關(guān)電容變換器系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)在TSMC的0.35um混合信號(hào)CMOS工藝下完成，使用CADENCE的Spectre仿真器進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果