单电感双输出降压型dc—dc变换器的设计

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1、万方数据26卷第1期2009年1月微电子学与计算机MICROELECTR∞iICS&C0l脚U1ERVd．26No．1January2009单电感双输出降压型DC—DC变换器的设计朱潇挺，许伟伟，洪志良(复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室，上海201203)摘要：设计了一种利用单个电感实现双路输出的低电压降压型(Btlck)DGDC变换器，提供200mA(1．8V)和400mA(1．2V)的带负载能力．引入平均电流控制模式，并采用了一种无损电流检测的方法．轻负载时电路工作在非连续电流模式(DCM)下．实现了片上补偿和片上软启动．采用TSMC0。25vrnCMCS混

2、合信号工艺，版图面积2．2mmX2．2mm．关键词：I：)C-DC变换器；DCM；电流控制；软启动中图分类号：n啪2文献标识码：A文章编号：1000一7180(2009)Ol一0024—05DesignofSingleInductorDualOutputBuckDC-DCConverterZHUXiao-ting，XUWei—wei，HONGZhi—liang(StateKeyLaboratoryofASICandSystem，FudanUniversity，Shanghai201203，China)Abstract：Adesignoflowvoltagesinglei

3、nductordualoutputBuckI：)c-DCoonverterwithmaxiInurnoutputcurtxnt200mA(1．8V)and400mA(1．2V)．Averagecurrentcontrolnx3deisintroduced、jI，i出l∞slesscurrentdetection．Circuitworksunderdiscontinuouscurrentnxxte(DCM)underlightload．On-chipoompemationandsoftstartaterealized．TSMC0．25VanCMOSmixedSignalt

4、echnologyisusedwithlayoutarea2．2ram×2．2mm．Keywords：DDDCconverter；DCM；oarrentcontrol；softstart‘1引言2系统分析高效率的DC．DC转换对延长便携式设备电池的使用时间至关重要．传统的DC-DC变换器采用单个电感实现单路输出，为了得到双路或者是多路输出，需要采用多个电感或者是多输出绕组的变压器⋯1，这样势必浪费PCB面积而且提高了成本．许多产品已经具有单芯片多输出的功能，但大都采用DGDC加U)o的解决方案．近些年来有一些文献提出了利用单个电感实现双路输出的DC，DC变换器结构⋯2，

5、采用一定的控制时序通过对电感电流的复用来实现．文中设计的单电感双输出DC-DC变换器芯片进一步降低了静态纹波，并且减少了开关的数量，节省了芯片的面积．输入电压范围2．8～5V，输出电压分别为1．2V(400mA)和1．8V(200mA)，滤波电感和电容为4．7vH和20vy．收稿日期：2008—03—04使用单个电感实现双路输出的功能是通过在输出端增加两个交替导通的功率开关来实现的．文献[2]中将一个时钟周期平均划分为两部分，在每一部分中单独对一路输出进行控制，这样可以一定程度上减小两路输出相互影响，但是会产生较大的静态纹波，而且需要检测电流．图1给出了文中所采用的功率

6、级拓扑结构和控制时序以及电感电流波形．由于负载情况的不同，电感电流会出现图1(b)和图1(c)所示的两种不同的形式．临界情况发生在≮当：粤(1)KJu¨7由于输入端和输出端的功率管控制是独立的，这种转换会根据负载的变化自动调整．采用上述拓扑结构和控制时序主要基于两个原因．第一是输出万方数据第1期朱潇挺，等：单电感双输出降压型DC-DC变换器的设计鼠r]；厂]；厂]；瓦Ir]门厂『鼠厂]厂]厂]蜀；几l几；r1-一7I‘_D．‘DiD；。’fh、#御时卑翔由庸由漕浦形五∥m鼠门门门瓯Ln；几；厂鼠几；n!几!引门厂1厂_圈I功率级结构控制时序和电感电流波形电压的静态纹波，

7、减小输出电压的纹波意味着减小电源对电路的干扰，特别是那些对电源电压敏感的电路．输出电压的静态纹波主要由两方面原因造成，一是输出电容上电压的波动，二是输出电容等效串联电阻上的压降，纹波可以近似认为是两者之和．例如在图l(b)中两路输出电压的纹波可以表示为Vlj础l=△u。+△VEspa．：巫磐+J口eal【R麟(2)VL／oIylippk2=△vc，+Z∑Vmm：丝业芋卫迅+f础R鼬(3)一，、■f岫kJ、■、W7、J，002式中，J础是电感电流的峰值，Ju和，【2是负载电流．单路输出Buck型变换器中，若电路工作在连续电流模式(OCM)下