高效率、低功耗直流电压转换器芯片设计与实现

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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>60 mA)，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<60 mA)，电感电流不连续时采用开关频率小于0.5MH的峰值电流和电压迟滞双重控制的PFM工作模式，实现了在0~250 mA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0.5 umCMOS 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士2%，最大静态工作电流小于15 qA，最大转换效率达92.6%。
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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


      近年来，便携式电子设备与人们工作、生活的关系日益密切，尤其是笔记本电脑、移动通信设备、视频或音频产品、数码照相机、医疗仪器及测试仪器等发展更为迅速。电源是电子产品中一个重要组成部分，为了使电路性能稳定，往往还需要稳定的电源。以手机的内部电路为例，它有完整的电源管理系统，并且有较多的电源IC。手机中的电源部分由1-锂离子电池或镍氢电池组、2-升压式直流-直流（DC-DC）变换器或降压式DC-DC变换器、3-低压差线性稳压器(LDO)、4-备用电池、5-辅助电源、6-砷化家功率放大器偏置电源、7-砷化家功率放大器(它不是电源部分，但要由专用的电源IC来提供偏置电压)等7个主要部分组成。这里要说明的是手机中有多种多样的辅助电源.包括:卡槽用电源、压控振荡器(Vco)的电源、液晶显示器的偏置电源及背光电源(场致发光电源或LED发光电源)、呼叫器中的振动马达供电电源、功率放大器偏置电源、锂离子光电器电源等。


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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