一種高效率低紋波全集成降壓型開關(guān)電容電源系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、隨著CMOS深亞微米和納米級工藝的普遍應(yīng)用以及SoC、無線傳感技術(shù)的發(fā)展，電源管理芯片的研究和應(yīng)用呈現(xiàn)出新的特點。全集成降壓型開關(guān)電容電源管理芯片克服了電感帶來的體積大、EMI噪聲強、電感片內(nèi)集成難度大的缺點，同時保持了開關(guān)電源效率高的優(yōu)點，更適合系統(tǒng)集成，逐漸成為電源芯片設(shè)計領(lǐng)域的研究熱點。但電荷泵的輸入-輸出主要受功率級非連續(xù)增益模式與開關(guān)頻率的調(diào)節(jié)，帶載能力弱、紋波較大，限制了電荷泵開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用。
　　傳統(tǒng)電荷泵電源穩(wěn)

2、壓器通常采用單一固定的增益模式，當輸出與輸入電壓之比偏離設(shè)定值時，電荷再分配將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器效率降低。為了適應(yīng)輸入電壓大范圍的變化同時使輸出電壓穩(wěn)定，需要增益模式可重構(gòu)的功率級。傳電荷泵轉(zhuǎn)換器使用一對互補時鐘信號作為充電與放電階段的控制信號，由于充電與放電路徑相隔離，充電與放電電流不連續(xù)，將引起較大的輸入過沖和輸出紋波。若在充電相位負載突變，轉(zhuǎn)換器直到放電相位到來才會做出響應(yīng)，負載瞬態(tài)響應(yīng)速度降低將進一步引起紋波的增大。為降低系統(tǒng)紋波，最簡

3、單直接的辦法就是增大輸出電容，但這種方法不利于實現(xiàn)系統(tǒng)的全集成。時鐘交疊多相位技術(shù)的應(yīng)用，理論上可以將輸出紋波降低N倍并提高瞬態(tài)響應(yīng)速度而不增加輸出電容值。論文從電荷泵工作原理入手，對電荷泵電源轉(zhuǎn)換器的控制方式進行重點分析和研究，提出了基于多相位時鐘交錯、可重構(gòu)、連續(xù)變頻控制的技術(shù)方案，提升了系統(tǒng)的平均效率和峰值效率，進一步提出了振蕩器中頻切換技術(shù)拓展了振蕩器的線性范圍，解決了在輸入或負載寬范圍變化時由于電荷泵增益模式不匹配導(dǎo)致的輸出電