高效率、低功耗直流电压转换器芯片设计与实现

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1、浙江大学硕士学位论文高效率、低功耗直流电压转换答芯片设计与实现摘要随着便携式电子产品的日益普及，直流电压转换器(DC-DC)芯片得到广泛应用.由于这些产品通常使用单电池供电，能量有限，如何提高转换效率，降低功耗，延长电池寿命，便成为设计者需要考虑的主要问题。本次毕业设计提出了一种基于脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)模式的高效率，低功耗开关电源直流电压转换器的设计方法.电路在负载电流较大(约>60mA)，电感电流连续时，采用开关频率1MHz的电压型PWM控制工作模式，在负载电流较小(约<60mA)，电感电流不连续时采用开关频率小于。.5MHz的峰值电流和电压迟滞双重控制的

2、PFM工作模式，实现了在0-250mA的负载电流变化范围内的高转换效率。当输出电压达到预计输出电压的102%时，系统自动进入待机状态，使静态工作电流降低.芯片采用CSMC公司的0.5NmCMOs混合信号模型设计和流片。仿真和测试结果表明该电路可实现PWM和PFM模式供电以及两种模式之间的平稳过渡，具有较好的负载和线性调节能力.输出电压的误差小于土2%，最大静态工作电流小于15泌，最大转换效率达92.6%,论文第一章讨论了开关电源式DC-DC的稳压原理和控制方法。第二章详细描述了本次毕业设计提出的DC-DC芯片系统结构及工作模式，并针对系统的若干性能进行了讨论。第三章具体介绍了芯片中主

3、要电路模块的设计思路。第四章给出了系统仿真与测试结果。第五章就芯片为适应实际应用而可进行的若干改进展开讨论。关键词:直流电压转换器;脉冲宽度调制;脉冲频率调制:高效率;低功耗浙江大学硕士学位论文高效率、低功耗直流电压转换器芯片设计与实现AbstractDC-DCconverteriswidelyad叩tedwiththegrowingusageofportableapplications.Sincetheseapplicationsareusuallypowered妙energy-limitedsingle-cellbattery,howtoimprovetheeficiencyan

4、dpowerconsumptiontoprolongthebaterylifeistheprimaryconsideration瓦DC-DCconverterdesigns.Adesignmethodofahigh-eficiency,low-power,switching-powerDC-DCconverterwithpulse-widthmodulation(PWM)andpulse-frequencymodulation(PFM)modesispresented.TheconverteroperatesinvoltagecontrolbasedPWMmodeataswitchi

5、ngfrequencyof1MHzwhentheloadcurrentislarge(>60mA)andinductorcurrentcontinuous,andworksinpeak-currentandhystereticcontrolbasedPFMmodewithareducedswitch吨frequencyoflessthan0.5MHziftheloadcurrentissmall(<60mA)andinductorcurrentdiscontinuous,ensuringhighlyeficientoperationwithinalargerange(0-250mA)

6、ofloadcurentvariation.Astheou印utvoltagereaches102%oftheanticipatedoutputvalue,theconverterenterssleepmode,duringwhichthequiescentcurrentdecreases.ThechipwasimplementedusingCSMC0.5pmCMOSmixed-signalprocess.Simulationandtestingresultsindicatethattheconverteroperates玩PWM/PFMmodesandperformsseamles

7、sswitchingbetweenthem,displayinggoodload/lineregulation.Theoutputvoltageerrorislessthan土2%,themaximumquiescentcurrentlessthan1511Aandthemaximumofeficiency叩to92.6%.Chapter1discussesswitching-powerDC-DCprinciplesandcontrolstrategies