带有无损电流检测的高效率可重构DC-DC变换器

为了提高便携式设备供电电源的效率,提出可重构的高效率DC-DC变换器.针对锂电池供电电源的特点,采用绿色模式控制策略将变换器自动重构成3种模式,以实现升压和降压功能,并减小功耗.在轻载条件下引入突发控制模式,以减小开关损耗,从而提高了效率.变换器在1.5 μm BCD工艺下设计并流片,芯片面积为8.75 mm2.变换器的输入电压为2.7～4.2 V,输出电压为3.3 V.当输入电压接近3.3 V时,该系统可以实现降压和升压的平滑过渡.在快速响应的电流模式控制中,提出基于Gm-C滤波器的无损电流检测技术,实现了无损、精准的电流检测.当负载在30 mA和300 mA之间跳变时,系统恢复时间小于100 μs.在0～500 mA的负载范围内,系统的效率能够保持在80%以上,最高可达94%.     

有源功率因数校正控制芯片的设计与实现

为了有效改善电网供电质量,提高电能利用率,针对中大功率电器功率因数校正的需要,设计了一种带输入电压前馈的基于平均电流模式控制的有源功率因数校正(APFC)控制芯片.该芯片集成了输出过压保护和涌入电流限制等保护电路,采用1.5μm双极型-CMOS（BiCMOS）工艺实现,芯片面积为2.44 mm×2.38 mm.基于该芯片设计了一250 W功率因数校正电路,测试结果表明,芯片在12 V供电电压的条件下,静态功耗为48 mW（不包括开关损耗）;在220 V交流输入、满负载下的功率因数为0.993.     

低功耗无片外电容的低压差线性稳压器

设计了输出电压为3.3 V,最大输出电流为100 mA的无片外电容低压差线性稳压器（LDO）.该芯片采用并行结构的微分器和大米勒电容,通过比例调节和微分调节结合的方式,利用微分器电路在瞬间提供大的转换电流,克服了无片外电容LDO在负载和电源电压变化时输出电压跳变过大的问题.芯片采用CSMC公司0.5 μm工艺模型设计,并经过流片.测试结果表明,在5 V工作电压下,当负载电流从100 mA在1 μs内下降到1 mA时,输出电压变化小于600 mV;电路的静态电流小于4.5 μA.测试结果验证了电路设计的正确性.     

宽电压大负载应用DC-DC变换器的电流采样电路

提出了一种新颖的电流模降压型DC-DC变换器的电流采样电路。该电路结合传统电流采样电路的优点,合理地使用LDMOS,实现了宽电压大负载应用DC-DC变换器的电感电流的精确采样。该结构在一款0.35μm BCD工艺的降压型DC-DC变换器中进行了投片验证。仿真和测试结果表明,输入电压为4.75 V~25 V、负载为0 A~3 A的情况下,DC-DC变换器芯片输出稳定,纹波较小且瞬态特性良好。     

一种二阶曲率补偿的高精度带隙基准电压源

提出了一种输出电压可调的带隙基准电路．通过对双极晶体管基极-发射极电压的二阶温度补偿,大大改善了带隙基准的温度特性,并增加嵌套密勒补偿,进一步提高了系统的稳定性．基于0.6μm CMOS工艺,利用Hspice进行了仿真验证,结果表明,在-40～120℃温度范围内,0.8V基准电压的温度系数为6.1×10^-6／℃,低频时电源抑制比为-82dB,正常工作时静态工作电流小于6.5μA．     

一种高压高可靠性开关电源控制芯片

为了增强电源系统的可靠性,提出一种高压高可靠性开关电源控制芯片,该芯片引入一种新型的故障保护电路,通过同时监测误差放大器（EA）输出和峰值电流信号来检测过流和短路等故障.当EA输出电压超过4.2 V或者峰值电压信号（由采样电阻得到）连续4个周期超过0.75 V时,保护电路会及时切断控制器,保护变换器免受损害,同时降低了电路损耗.芯片还集成了软启动、限流保护、过压欠压保护和脉宽调制/跳脉冲调制（PWM/PSM）模式切换电路,该芯片采用CSMC 0.5 μm 60 V BCD 工艺进行设计,已经成功流片.将该芯片应用于反激式转换器中,转换器可以将34～60 V的输入电压转化成5 V输出.测试表明：当故障发生时,控制芯片能够迅速切断控制器以保护整个转换器,而当故障消除后该控制器仍然可以自行重新启动;反激转换器最大输出电流为2.6 A,静态电流小于1 mA,最大效率为83.5%,线性调整率和负载调整率分别为0.02%/V和0.03%/A,具有良好的瞬态响应能力.     

PWM/PSM双模式高压异步整流BUCK电路

为了在全负载范围内取得高转换效率,提出一种根据占空比来自动实现模式跳转的脉冲宽度调制（PWM）/跨脉冲调制（PSM）双模式的低功耗、高压直流电压转换电路.它的输入电压为3～24 V,输出电压为2.5～(VIN-0.5)V.当负载电流较大时,芯片采用开关频率为1 MHz的PWM工作模式;当负载电流减小时,采用开关频率降低的PSM模式,从而保证了在全负载电流变化范围内的高转换效率.PWM到PSM模式的跳转采用简单逻辑及最小占空比电路实现,达到了模式的自动转换.电路采用CSMC公司的0.5 μm 40 V高压混合信号模型设计并完成流片加工.测试结果表明,在5 V的输出下,当输入电压到达最大值24 V时,芯片保持了55%以上的转换效率.芯片在2种模式间可以实现平稳过渡,具有良好的负载电流调整特性.     

一种应用于低压差线性稳压器的新型折返限流电路

针对大功率负载的电源管理芯片容易出现过载、短路问题,提出一种利用采样电流转化为采样电压的限流模式折返保护电路。该电路限流环路利用缓冲器双支路实现实时控制,其工作状态随输入电压有所转变,hspices仿真实验验证了该电路限流值稳定,基本不随着电源电压的变化而变化,而且芯片的短路功耗降低60%。采用联华电子公司0.5μm 5 V的CMOS工艺线在低压差线性稳压器(LDO)中进行了投片验证,实测芯片常值限流200 mA、折返限流80 mA,自身静态电流极低仅2μA左右。投片测试结果表明,该电路起到保护作用的同时,符合现代电源管理芯片对高效率低功耗的要求。     

新型电流型CMOS三值施密特电路设计

以开关信号理论为指导,建立了实现电流型CMOS三值施密特电路中阈值控制电路的电流传输开关运算. 在此基础上提出了一种新的电流型CMOS三值施密特电路设计, 该电路可提供三值电流和电压输出信号. 电路的两个电流回差值的大小只需通过改变MOS管的尺寸比来调节. 与以往设计相比,所提出的电路具有结构简单、回差值调整容易以及可在较低电压下工作等特点. 采用TSMC 0.25 μm CMOS 工艺参数和1.5 V电源电压的HSPICE模拟结果验证了所提出设计方法的有效性和电路所具有的理想回差特性.     

用于能量获取的低压输入DC/DC转换器

提出了一种低压输入能量获取DC/DC转换器,可在输入电压低至25 mV的情况下工作.为适应不同的应用系统需要,该电源管理系统提供4种不同的电源输出,为各种应用提供最佳电压设计,以适应低功耗设计要求;在输入电压不存在的情况下储能电容可对系统进行供电,延长了系统寿命并拓展了应用.在0.18 μm CMOS工艺下,300 μA负载电流下效率达到64%.该设计为无线检测和数据采集应用提供了完整电源管理解决方案.     

Rapidly transient response with the flexible mode and high-efficiency buck-boost converter

A novel current sensing technique with a rapidly transient and flexible mode buck-boost converter is presented. The converter can work in an appropriate mode according to the input voltage (V_IN) and inductor current (I_L), with smooth transition and flexible working modes achieved. The average current sensing (AVCS) circuit has an accurate measurement of I_L. The transient response time is also decreased. The current sensing converter is implemented in the Silterra 0.18μm COMS process. Experimental results show 95％ peak efficiency at an output current 1A with 4.2V V_IN, so that the converter can extend the battery life. The output transient with the load current altering from 0 to 2A is 6mV and the recovery time is 60μs.     

高性能分段温度曲率补偿基准电压源设计

针对带隙基准电压源温漂高、电源抑制比(PSRR)低的问题,提出一种新颖的分段曲率补偿技术.该电路将基准源工作的全温度范围划分为3个区间,对各段温度区间进行不同的温度补偿,同时引入电流环负反馈结构,提高电路在低频时的电源抑制比,实现在-40～150℃内,温度系数为1.24×10-6,在DC时电源抑制比为-137dB.该电路采用TSMC0.6μmBCD工艺设计实现,芯片面积为0.5mm2,关断电流小于0.1μA,工作静态功耗为125μW.投片测试结果验证了电路设计的正确性,当电源电压为2.5～6.0V时,该基准源输出电压摆幅仅为0.220mV.     

双环控制单周期PFC转换器高层次模型及电路

为简化设计过程,提高电源效率,采用Simulink拓扑结构和线性化方法,基于双环动态转移控制函数,建立了单周期、临界控制模式升压型功率因数校正转换器的高层次模型．电压环路提供低频稳定性以获得低的总谐波失真,电流环路改善高频动态特性．根据系统模型,采用Sinomos 1.0μm 40V CMOS工艺完成了功率因数校正的电路设计和验证．测试结果表明,在V_DD为15V,V_INV为2V, V_ZCD为2V的条件下,功率校正因数可达到0.988,总谐波失真为3.8％,稳定工作时电流仅为2.43mA．双环控制系统能够有效地实现单周期控制,提高系统的稳定性和动态响应速度,体现了高性能电源管理芯片的特点．     

New type bandgap reference for UHF RFID tag

A novel low-voltage, low-power current mode bandgap reference circuit for the passive UHF RFID tag is presented. The I_CTAT current is generated by V_BE of the BJT transistor. The I_CTAT current is generated by the MOSFET biased in the sub-threshold region, based on the theory that the I-V curve of the sub-threshold MOSFET shows an exponential relationship. The circuit is designed and implemented by TSMC 0.18μm CMOS technology. The biggest variation of V_ref of the reference is smaller than 1.75％. Test results show that the power of the circuit is 0.65μW, and that the minimum operating voltage is 0.829V. The active area of the circuit is about 0.04mm². As a result, the read sensitivity of the tag with the proposed bandgap reference circuit is -16dBm.     

基于0.5μm CMOS工艺的BOOST变换器设计

针对便携式通信设备对DC-DC变换器的输出电压纹波和效率要求较高的问题,提出了一种同步整流模式的BOOST型DC-DC变换器电路,以提高芯片的转换效率。该设计采用CSMC（Central Semiconductor Man-ufacturing Corporation）0.5μm CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）工艺,并利用0.5μm双层多晶硅三层金属的CMOS工艺实现了电路的版图绘制。仿真结果证明,变换器能稳定输出电压,并具有较小的电压纹波和较高的转换效率等优点。