多相Buck变换器及其关键技术研究综述

随着5G、人工智能及物联网等技术的蓬勃发展和半导体工艺尺寸的不断缩小,终端设备处理器和服务器的数据处理能力及其他性能快速提升,这对电源管理芯片提出了新的需求。而多相并联结构变换器在低压大电流应用、快速瞬态响应等方面具有极大的优势,被公认为处理器电源的最佳解决方案之一。文章从多相Buck变换器的原理及优势出发,研究和探讨了多相Buck变换器设计中的多相电流均衡方法、控制模式及效率提升等关键技术的发展和最新的研究进展,进而明确多相Buck变换器的关键发展趋势和面临的挑战。     

一种适用于Boost电路的自适应斜坡补偿电路

设计了一种适用于峰值电流模式Boost电路的自适应斜坡补偿电路。电路通过动态检测Boost电路的输入输出电压,产生随Boost电路开关控制信号占空比变化的斜坡电压,实现补偿斜坡斜率的最优化。由于本设计采用了高精度减法器,斜坡补偿精度得到提高,在消除次谐波振荡、提升Boost电路稳定性的同时,将补偿对Boost电路的负面影响最小化,保证了Boost电路的带载能力和动态响应速度。采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺完成电路设计和版图绘制,并进行了后仿验证,结果显示,工作电压为3.3 V时,在不同工作条件下,随着开关占空比的变化,补偿斜率可以实现自适应调整,与理论最佳补偿斜率的误差范围仅为1.39%~2.33%。     

适用于环境能量俘获的高效率电源管理电路

设计了一种适用于环境振动能量俘获系统的高效率电源管理电路。电路采用了最大功率点跟踪(MPPT)技术,以解决环境振动能量不稳定和经换能器换能后的输出功率负载依赖性强的问题。针对MPPT工作过程中电压调整阶段功率损耗过大的问题,提出了高频开关控制的类Buck结构拓扑,以减小电压调整阶段的开关损耗,进一步提高了系统效率,并可实现预稳压,为后级电源管理电路减轻负担。电路采用0.18 μm CMOS工艺设计,仿真结果表明,随着振动环境及负载的变化,最大功率点跟踪效率始终维持在98.55%~99.45%,系统效率提高至94.2%。     

适用于GaN栅极驱动的自适应死区时间控制电路

设计了一种适用于GaN栅极驱动的自适应死区时间控制电路,该电路具有低延时、低功耗、高速、高开关频率的特点。电路通过单脉冲产生电路检测开关节点电压,以实现零静态功耗;加入互锁电路以防误触发,消除了由开关节点毛刺导致的上下管直通的现象。电路基于SMIC 0.18 μm BCD工艺设计,仿真结果表明,死区时间可随负载变化而自适应调整,且当最坏情况开关节点电压的dv/dt=48 V/ns时,电路高低侧死区时间误差仅为1.59 ns和2.69 ns。