高效率E类射频功率振荡器的设计

主要介绍了高效率E类射频功率振荡器的原理和设计方法,通过电路等效变换,E类射频功率振荡器最终转换成与E类放大器相同的结构,MOS管工作在软开关状态,漏极高电压、大电流不会同时交叠,大大降低了功率损耗,在同等工作条件下,能够获得与E类放大器相似的高效率。文中以ARF461型LDMOS做为功率器件,结合E类射频振荡器在等离子体源中的应用,给出了的设计实例。ADS仿真结果表明,在13.56MHz的工作频率下,振荡器输出功率46W,效率为92%,符合设计预期。     

采用分段式自适应PWM/PFM调制的Buck型DC-DC转换器设计北大核心

为了在轻重负载条件下获得更高的转换效率，采用分段式结构和导通电阻更小的NMOS作为输入级，并采用PWM/PFM双调制方式，设计了一种Buck型DC-DC转换器。为解决PWM/PFM调制信号切换问题，采用零电流检测方式进行切换。利用断续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)下端NMOS管导通时电感电压的不同，检测下端NMOS在导通时电感电压大于零的周期。当电感电压大于零的周期大于2时，则处于DCM模式并自动采用PFM调制模式，关闭一部分功率管以减小开关频率和功率管寄生电容，优化轻载效率；反之则处于CCM模式并采用PWM调制。仿真结果表明，在负载电流10～1 000 mA范围内，该电路可以在两种调制模式平稳切换，在800 mA时峰值效率可提升到96%以上。     

一种宽频应用的自适应计时电路

针对传统自适应导通时间控制DC-DC变换器工作频率范围窄的问题,提出了一种宽频应用的自适应计时电路.在锁相环调制DC-DC变换器的基础上,采用全CMOS电流乘法器,将振荡器的电流引入计时电路,使计时电路的中心频率跟随振荡器的基准频率变化,从而使自适应导通时间控制DC-DC变换器工作在较宽频率范围.基于0.18 μm B...     

适用于无源超高频RFID标签的高效率整流电路

基于动态阈值补偿技术,提出了一种适用于无源超高频RFID标签的高效率整流电路。该整流电路可以根据MOS管的工作状态对MOS管阈值电压进行动态补偿,使得MOS管同时具有低的导通电压和反向泄漏电流,从而实现高的功率转换效率。采用该整流电路的无源超高频RFID标签芯片在0.18 μm CMOS工艺下设计实现。测试结果表明,在驱动80 kΩ负载时,整流电路的功率转换效率最高可达53.7%。相比于传统整流电路,转换效率提高了约20％。     

应用于弱能量收集的低功耗DC-DC升压转换器

设计了一种应用于能量收集领域的低功耗、超低电压DC-DC升压转换器。研究了转换器工作频率与功率和效率的关系,通过选择合适的脉冲宽度调制(PWM)频率来提高输出功率。通过适当提升转换器开关功率管的栅极电压,减小了晶体管的泄露电流,从而提高了输出电压。基于CMOS 65 nm工艺进行设计。仿真结果表明,提出的方案能提高弱能量转换效率。当输入电压为100 mV时,最大输出电压为1 000 mV。DC-DC升压转换器的输出功率为3.08 μW,转换器控制单元的功耗为697 nW,转换效率达到57.3%。     

双闭环反馈控制半桥DC-DC变换器设计

桥式拓扑广泛用于直流供电电压高于晶体管的安全耐压值的离线式变换器中,针对双闭环反馈控制半桥DC-DC变换器电路,为了得到稳定的直流电压、电流输出,采用电压闭环回路和电流闭环回路的反馈放大最终实现对半桥开关PWM波信号的控制,进而影响半桥变换器的轮流导通MOS开关管的导通占空比的方法,通过闭环网络仿真实验和硬件电路功率实验,验证了双闭环反馈控制可以满足半桥电路3.6 kW功率输出的要求.     

一种用于Buck变换器的过流保护电路

基于功率MOS管导通电阻对电流采样的方法,设计了一种用于带集成功率MOS管的Buck变换器的过流保护电路,改善了传统过流保护电路的限流阈值随电源电压和温度变化较大的问题。对该电路的结构和原理进行了阐述与理论推导,采用Hspice软件对理论分析进行了仿真验证。仿真结果表明:当电源电压在2.5~6 V、温度在-55 ℃~125 ℃的范围内变化时,电路的限流阈值保持在3.2 A,限流阈值的最大误差值不超过±9.4%。该电路具有极快的响应速度,最大延时仅为33 ns。     

适于低电源电压应用的新型MOS自举采样开关

提出了一种适合低电源电压应用的新型MOS自举采样开关电路.通过“复制”自举电容和采样开关作为电荷损耗检测电路,并将检测出的电压降低值重新加到自举电容上,解决了传统MOS自举采样开关在低电源电压下工作时的电荷分享问题.基于0.18μm标准CMOS工艺,对电路进行了仿真.结果显示,在输入频率为60 MHz、峰-峰值为1V、采样频率为125 MHz时,与传统自举采样电路相比,新型自举采样电路采样开关管具有更低的导通电阻,无杂散动态范围( SFDR)提高了8dB,特别适合在低压高速A/D转换器中使用.     

一种基于自适应峰值电流检测的模式切换电路北大核心

在降压转换器中，为了在不同的负载情况下获得高效率，常采用的方法是在重载时使用脉冲宽度调制(PWM),在轻载时使用脉冲频率调制(PFM),因此需要模式切换信号去控制整个降压转换器的工作状态，同时模式切换信号也可以用于自适应改变功率级电路中的功率管栅宽，减小功率管的栅极电容，提高整体电路的效率。文章设计了一个自适应峰值电流模式切换电路，用于产生模式切换信号，其原理是监控峰值电流的变化，产生峰值电压，将峰值电压与参考电压进行比较，得到模式切换信号，以决定降压转换器是采用PFM模式还是PWM模式。仿真结果表明，在负载电流0.5～500 mA范围内，该电路可以在两种调制模式之间平稳切换，其峰值效率可提升到94%以上。     

基于CMOS工艺的太赫兹振荡器

在太赫兹频段,无源器件电容电感的品质因数低、电路的寄生参数以及MOS管的截止频率影响使太赫兹振荡器电路难以实现高功率输出。提出一种300 GHz可调谐振荡器,首先,采用改进的交叉耦合双推(Push-Push)振荡器结构,通过输出功率叠加的方法输出二次谐波300 GHz信号,增加了振荡器的输出功率并突破了MOS管截止频率,并通过增加栅极互连电感增加输出功率。其次,太赫兹振荡器摒弃传统片上可变电容调谐的方式,通过调节MOS管衬底电压改变MOS管的栅极寄生电容实现频率调谐,避免太赫兹频段引入低Q值电容,进一步增加了输出功率。提出的太赫兹振荡器采用台积电40 nm CMOS工艺,基波工作频率为154.5 GHz,输出二次谐波为 309.0 GHz,输出功率可达-3.0 dBm,相位噪声为-79.5 dBc/Hz@1 MHz,功耗为28.6 mW,频率调谐范围为303.5~315.4 GHz。     

集成电路中MOS管导通电阻测量方法

MOS管是一种常见的半导体功率器件,随着半导体产业的不断发展和进步,MOS管的各方面性能也得到大幅度的提高,被广泛应用于开关电源、节能灯、电源转换和电源控制等领域。在功率电路中,MOS作为一种多子功率开关器件,其导通电阻是至关重要的参数之一,会影响到应用电路的稳定性和功耗。因此在集成电路测试中对于MOS管导通电阻的精确测量显得尤为重要。对于MOS管导通电阻的测量做了详细分析,并介绍了两种可以准确测量MOS管导通电阻的方法。     

一种应用于DC/DC转换器的自举电路设计

设计了一种适用于DC/DC转换器的自举升压电路.采用该电路可将功率PMOS管替换为NMOS管.在相同尺寸条件下,NMOS管具有较小的导通电阻,从而提高DC/DC转换器的效率.电路基于华宏NEC的0.35 μm BCD工艺,利用Cadence中的Spectre进行了验证.并给出了该自举电路的设计思想、电路的工作原理,以及自举电容最小值的计算.当电源电压降至1.4 V,电路仍能保持正常工作.当自举电容为10 nF,电源电压为5 V,工作频率可高达2 MHz.     

采用频率抖动技术降低开关电源芯片的EMI设计

介绍了一种能有效抑制开关电源芯片应用中,功率开关管电磁辐射干扰的频率抖动技术原理及其电路实现。采用调频技术,让调制信号去控制开关电源的工作频率,使其原有的频率发生偏移。这样,原先集中在狭窄频谱上的电磁辐射能量得以分布在较宽频谱范围,实现了对EM I的有效抑制。基于3μm的高压BCD工艺模型,在Cadence设计环境下,采用差分电路控制开关电源中振荡电容的充放电;用镜像电流选通电路调控电容充放电电流的大小,完成了带频率抖动振荡器的电路设计,给出了实验仿真的结果和电路拓扑结构。并使用MATLAB工具对功率开关管驱动信号中有/无频率抖动功能的输出波形进行了频谱特性的对比分析,得到了采用频率抖动技术大致可以减小EM I辐射幅值近一倍的结论。     

电流模式开关电源中电流检测电路的分析与设计

电流检测电路是功率集成电路中重要的功能模块.通常采用的方法是在所要检测电流的支路加入一个小电阻,通过采样电阻上的压降来反映支路上的电流,或是利用MOS管的漏源电压的变化来采样流过该管的电流.前者将会增加一个额外的功率损耗,而后者由于温度等的变化会导致电流检测精度的降低.本文设计了一种新型无额外功率损耗的高精度电流检测电路,克服了传统电流检测技术中增加额外功率损耗和精度较低的缺点.     

一种峰值电流模式下的轻载高效Buck转换器设计

提出了一种峰值电流模PWM下的轻载高效Buck DC-DC控制方案,该方案采用了峰值电流开关和采样保持电路,实现宽负载范围内很高的转换效率.其中峰值电流开关用以检测负载电流大小,作为轻载或者重载模式的判定;采样保持电路会在轻载模式下工作,通过控制误差信号的变化量来循环开启或者关闭转换器,完成对转换器的开关频率调制.采用0.5μm BCD工艺,仿真结果显示在输入电压12V,输出电压3.3V下,最高有96%的转换效率,而在10mA负载下依然能保持80.3%的转换效率.     

具有自动稳幅功能的软激励C类大功率射频振荡器

介绍了一种具有自动稳幅功能的软激励C类大功率射频振荡器。大功率射频振荡器已经广泛应用于电力电子、射频电源、低温等离子体、高频感应加热等领域。该大功率射频振荡器能够输出较高的输出电压和输出功率,并且通过对输出电压采样控制MOS管的静态工作点,稳定输出电压;另外,该设计电路起振时工作在AB类状态,稳定工作时在自动稳幅电路的作用下进入C类工作状态,实现了C类射频振荡器的软激励。最后通过仿真和实物电路测试了电路性能,并给出了振荡器输出电压、输出功率与MOS管工作状态关系的经验公式。     

电源软启动电路MOS管失效原因分析

MOS管具有体积小、导通电阻低等优点，在大功率电源的软启动电路中被大量地使用。以某大功率电源在工作过程中发生软启动电路MOS管损坏为案例，通过开封检查，确定该MOS管为过功率损坏。首先，建立了软启动仿真电路，分析了电路启动波形，得出了MOS管过功率损坏过程；然后，通过实验验证了仿真结果的正确性，定位到外部供电电源异常导致MOS管损坏；最后，提出了规避电源软启动电路MOS管失效的思路，对于提高电源软件启动电路MOS管的质量与可靠性具有重要的意义。     

一种分段式峰值电流斜坡补偿电路

设计了一种应用于峰值电流型控制Buck DC-DC转换器的分段式斜坡电流补偿电路,以消除峰值电流控制模式下可能产生的次谐波振荡。该电路采样峰值电流,通过采样电阻将电流转换为电压输出。当开关脉冲控制的导通时间占空比D<35%时,斜坡补偿电压的斜率为零。当占空比D>35%时,斜坡补偿电压的斜率占空比变化。斜坡补偿电路不仅消除了D>50%时次谐波振荡引起的系统不稳定现象,还提高了电源芯片的带载能力。基于0.5 μm BCD工艺进行设计,仿真结果显示,该斜坡补偿电路具有良好的补偿能力和带载能力。应用该电路的DC-DC转换器的最高负载工作电流达到7 A。     

DC/DC转换器中电流采样电路的设计

设计了一种用于DC/DC开关电源转换器的新型电流采样电路.常见的电流采样电路是通过检测采样管串联电阻上压降来得到采样电流,而该采样电路是通过检测开关管串联电感上压降来得到采样电流的.由于后者所需电阻更少,从而降低了采样电路的功耗,提高了效率;并且由于电感上压降对采样电流变化的灵敏度更高,有效地提高了采样的精度.     

基于前馈电流控制斜坡补偿的Boost功率因数校正零交越失真研究

该文提出了一种前馈电流控制的斜坡补偿方法,将该方法引入到临界导通Boost 功率因数校正(PFC)转换器的设计中,以减小零交越失真问题,改善谐波电流和频率对系统的限制。基于临界导通Boost PFC转换器的拓扑结构,理论分析了前馈电流控制斜坡补偿技术对脉冲宽度调制(PWM)信号占空比的调制作用,推导出补偿斜率与输入线电压的关系式,迫使线电压零交越点附近的电流跟随电压变化。仿真和测试结果表明,该方法可有效抑制零交越失真现象,提高系统的动态性能,尤其在高频及轻负载情况下。测得Boost PFC转换器的总谐波失真(THD)仅为3.8%,功率因数0.988,负载调整率3%,线性调整率小于1%,效率达到97.3%。有效芯片面积为1.611.52 mm2。