低功耗Sigma-Delta直流轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著便攜式電子設(shè)備系統(tǒng)規(guī)模的迅猛發(fā)展,電池續(xù)航時(shí)間問(wèn)題成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的首要考慮因素之一。由于目前電池容量的提升速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于系統(tǒng)功耗的增長(zhǎng)速度,因此使用高性能的開關(guān)型直流轉(zhuǎn)換器(DC-DC)仍然是重要選擇。在功耗、成本、體積、性能等多方面壓力下,當(dāng)今便攜式電子設(shè)備對(duì)DC-DC提出了轉(zhuǎn)換效率高、諧波干擾低以及響應(yīng)速度快等一系列要求?；谶@些要求,本論文分析了現(xiàn)有技術(shù)方案的不足,并對(duì)具有良好諧波抑制特性的低功耗、快速響應(yīng)、降壓型(Buck)

2、DC-DC進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)。
　　論文首先對(duì)低壓差穩(wěn)壓器(LDO)、電荷泵(Charge Pump或Switched-CapacitorConverter)以及DC-DC等電源轉(zhuǎn)換器的工作原理和性能特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。并著重從工作模式、調(diào)制方式、控制技術(shù)和輸出諧波干擾等幾個(gè)層面對(duì)DC-DC進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)和優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。
　　隨后論文從連續(xù)導(dǎo)通(CCM)和斷續(xù)導(dǎo)通(DCM)兩種模式出發(fā),對(duì)DC-DC的各種損耗來(lái)源進(jìn)行了詳細(xì)分析。分

3、析對(duì)象包括了功率管導(dǎo)通損耗、功率管寄生電容充放電損耗、功率管體二極管導(dǎo)通損耗、功率管開關(guān)損耗、濾波電感寄生電阻損耗、濾波電容寄生電阻損耗、輸出電壓紋波損耗以及外部引線寄生電感損耗等。論文對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值比較,并獲知了各種損耗在不同負(fù)載電流下對(duì)DC-DC效率的影響程度,從而可以對(duì)DC-DC的效率優(yōu)化方案進(jìn)行有力指導(dǎo)。
　　接著論文提出了一個(gè)基于3階Sigma-Delta調(diào)制器的DC-DC系統(tǒng)方案,利用3階Sigma-Delta調(diào)

4、制器良好的噪聲整形特性對(duì)DC-DC的輸出諧波進(jìn)行有效抑制。論文詳細(xì)研究了Sigma-Delta調(diào)制器在DC-DC系統(tǒng)中的傳輸特性,分析出其在DC-DC控制環(huán)路中的傳遞函數(shù)。在此基礎(chǔ)上,論文總結(jié)出一個(gè)完整的Sigma-Delta DC-DC環(huán)路設(shè)計(jì)方法,并在CCM和DCM兩種模式下對(duì)DC-DC進(jìn)行了環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)。
　　在上述損耗分析和環(huán)路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,論文最后設(shè)計(jì)了一個(gè)在寬負(fù)載電流范圍內(nèi)具有良好諧波抑制特性的低功耗、快速響應(yīng)Sigm

5、a-Delta DC-DC轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)采用有源.無(wú)源的混合式結(jié)構(gòu)來(lái)降低Sigma-Delta調(diào)制器的功耗;采用功率管動(dòng)態(tài)柵寬調(diào)整、脈沖屏蔽控制、動(dòng)態(tài)死區(qū)時(shí)間調(diào)整等技術(shù)來(lái)提高DC-DC的轉(zhuǎn)換效率;在負(fù)載跳變時(shí)采用非線性控制來(lái)加快DC-DC的響應(yīng)速度。除此之外,論文在電流采樣電路、軟啟動(dòng)電路和低功耗電壓基準(zhǔn)源等模塊上也都進(jìn)行了有益的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。DC-DC的輸入電壓為2.7～4.2 V,輸出電壓為0.9 V,片外濾波電感為2.2μH,片外濾波電