適用于便攜式產品的單電感多輸出直流—直流變換器的研究與設計.pdf

1、隨著信息技術發(fā)展，便攜式電子產品越來越成為一個功能豐富的移動終端，而持續(xù)增長的功耗與電池電量的矛盾日益突出；同時產品的便攜性要求其體積緊湊，重量輕巧，續(xù)航時間長。這就要求便攜式產品的電源管理芯片在提高轉換效率的同時減少片外元件，特別是價格相對較高的電感。單電感多輸出直流-直流變換器(Single-Inductor Multiple-Output，SIMO)，是利用單個電感實現(xiàn)多路輸出的直流變換器，因其高效靈活又節(jié)約成本得到了學術界與產業(yè)

2、界的廣泛研究與關注。
　　本論文研究了SIMO變換器的基本結構與工作特性，分析了多輸出結構存在的問題，主要包括輸出紋波與毛刺增大，轉換范圍受限，交調影響和效率降低等。相比傳統(tǒng)的單輸出變換器，SIMO變換器由于其多輸出多環(huán)路而增加了系統(tǒng)設計的復雜度。本文提出了一種通用的開關模型，建立多輸出結構的小信號模型，分析系統(tǒng)的環(huán)路解耦，并設計系統(tǒng)補償。針對SIMO變換器存在的問題，本文提出了一種飛電容方法降低輸出紋波和毛刺；同時提出了一種擴展

3、式脈沖寬度調制(Extended Pulse Width Modulation，EPWM)方法拓寬轉換范圍并優(yōu)化轉換效率；本文還提出了一種根據(jù)各路負載關系調整反饋系數(shù)的自適應共模和差?？刂频姆椒ǎ瑑?yōu)化系統(tǒng)響應。
　　本論文采用0.25μm2P4M2.5V/5V CMOS工藝設計并測試了三個SIMO變換器芯片，分別包括：(1)一種單電感雙輸出降壓型直流-直流變換器，輸入電壓2.7～5V，兩路輸出1.2V和1.8V，最大負載電流600

4、mA，開關頻率1MHz，峰值效率87％，輸出紋波與毛刺小于40mV；(2)一種單電感雙輸出升降壓型直流-直流變換器，輸入電壓2.5～5V，兩路輸出1～5V和1.8～5V，開關頻率2MHz，峰值效率90％，每路輸出都可以做靈活的升降壓應用；(3)一種單電感正負電壓輸出直流-直流變換器。輸入電壓2.5～5V，兩路正輸出1～4V和1.8～4V，一路負輸出0～2V，峰值效率90％，最大功率2.5W，變換器可以根據(jù)負載情況自動選擇工作模式來優(yōu)化整