一种新颖的峰值电流模式DC-DC Buck片上快速软启动电路

A fully integrated soft-start circuit for DC-DC buck converters is presented.The proposed high speed soft-start circuit is made of two sections:an overshoot suppression circuit and an inrush current suppression circuit. The overshoot suppression circuit is presented to control the input of the error amplifier to make output voltage limit increase in steps without using an external capacitor.A variable clock signal is adopted in the inrush current suppression circuit to increase the duty cycle of the system and suppress the inrush current.The DC-DC converter with the proposed soft-start circuit has been fabricated with a standard 0.13μm CMOS process.Experimental results show that the proposed high speed soft-start circuit has achieved less than 50μs start-up time.The inductor current and the output voltage increase smoothly over the whole load range.     

Novel sliding valley current mode pulse train control for switching DC-DC converter

ABSTRACT

Multi valley current mode pulse train (MVC-PT) control technology can completely eliminate the low-frequency oscillation phenomenon of DC-DC switching converters operated in continuous conduction mode (CCM). However, this method needs to increase the number of preset value to broaden the output power range, which will increase the complexity and cost of the controller, and reduce the robustness of the system. Meanwhile, the output voltage ripple is uncontrollable and varied with the changes of the load. In this paper, a novel sliding valley current mode PT (SVC-PT) control technique is proposed to solve the above-mentioned problem. The SVC-PT operating principle and the deficiency of MVC-PT method are analysed in details. The approximate discrete-time models of SVC-PT and MVC-PT controlled switching DC-DC converters are constructed and compared. The comparison results verify that the proposed control method can thoroughly lessen the restriction of the controller on the output power range. Moreover, the control circuit is simplified and the output voltage ripple can be controlled. Finally, the simulation and experimental results are present to prove the feasibility and scientific of SVC-PT control technology.     

Load adaptive start-up scheme for synchronous boost DC-DC converter

This paper presents a load adaptive soft-start scheme through which the inductor current of the synchronous boost DC-DC converter can trace the load current at the start-up stage. This scheme effectively eliminates the inrush-current and over-shoot voltage and improves the load capability of the converter. According to the output voltage, the start-up process is divided into three phases and at each phase the inductor current is limited to match the load. In the pre-charge phase, a step-increasing constant current gives a smooth rise of the output voltage which avoids inrush current and ensures the converter successfully starts up at different load situations. An additional ring oscillator operation phase enables the converter to start up as low as 1.4 V. When the converter enters into the system loop soft-start phase, an output voltage and inductor current detection methods make the transition of the phases smooth and the inductor current and output voltage rise steadily. Effective protection circuits such as short-circuit protection, current limit circuit and over-temperature protection circuit are designed to guarantee the safety and reliability of the chip during the start-up process. The proposed start-up circuit is implemented in a synchronous boost DC-DC converter based on TSMC 0.35μm CMOS process with an input voltage range 1.4-4.2 V, and a steady output voltage 5 V, and the switching frequency is 1 MHz. Simulation results show that inrush current and overshoot voltage are suppressed with a load range from 0-2.1 A, and inductor current is as low as 259 mA when the output shorts to the ground.     

用于DC-DC开关电源的模拟加法器设计

采用恒流源技术设计了1种适合于DC-DC开关电源的模拟加法器。基于CSMC 0.5 μm混合标准CMOS工艺对所设计电路进行了仿真验证。在3 V电源电压条件下,瞬态仿真结果显示模拟加法器输出VA为参考电压Vref与输入信号VA1的加权。当输入信号VA1从0~1.2 V变化时,模拟加法器的输出电压VA与VA1成线性关系,且VA与VA1的差值恒为一常数。当温度在0~110 ℃范围内变化时,模拟加法器的输出VA偏差仅为1.18 mV。仿真结果显示：该模拟加法器具有非常好的性能特性,适用于DC-DC开关电源。     

一种DC-DC开关电源的简单高效软启动电路

提出了一种简单而高效的新型软启动电路,实现了输出电压平稳、快速的上升.该电路有效抑制了DC-DC开关电源启动过程中出现的浪涌电流,同时避免了传统软启动电路在软启动结束时出现的输出电压过冲.电路完全集成在芯片内部,避免使用额外电容而占用过多面积和增加功耗.经过对电路的Hspice仿真以及芯片样品的测试,在输入电压为3.3V的升压型开关电源芯片中,输出电压在500 μs内分两步平稳上升,避免了浪涌电流和过冲电压,符合设计指标.     

适用于DC-DC开关电源的振荡器设计

应用于手机等通信电子产品电源系统的DC-DC开关电源变换器芯片,要求具有高性能的振荡器。鉴于此要求,设计了一款具有充放电电容的高性能振荡器。该振荡器基于0.5μm BCD工艺库,利用Cadence和Hspice软件,在芯片系统典型应用环境下仿真,得到的内同步振荡频率为794 k Hz,外部EN同步振荡频率为1 MHz到2MHz;在VCC=5.5 V,0~125℃温度范围内振荡器的频率偏移在6%以内。仿真结果显示,该振荡器性能良好,适用于DC-DC开关电源。     

一种应用二维梯度容差开关方法的12比特电流型数模转换器

本文提出了一款集成于标准数字CMOS工艺的12比特精度电流型数模转换器。它是基于无校准6+6分段译码型结构设计的。本设计通过将高权重的单位电流管分成16个分布于阵列分离区域的小管,平均化线性梯度误差和平方误差,实现对其有效的抑制。本文还提出了一种新型的静态特性测试方法,芯片的测试结果显示：本转换器的DNL和INL分别为0.42LSB和0.39LSB,在100MHz时钟下达到了12比特分辨率。芯片工作电压为1.8V,其核心面积为0.28平方毫米。     

A 12-bit current steering DAC with 2-dimensional gradient-error tolerant switching scheme

A 12-bit intrinsic accuracy digital-to-analog converter integrated into standard digital 0.18μm CMOS technology is proposed.It is based on a current steering segmented 6+6 architecture and requires no calibration.By dividing one most significant bit unary source into 16 elements located in 16 separated regions of the array,the linear gradient errors and quadratic errors can be averaged and eliminated effectively.A novel static performance testing method is proposed.The measured differential nonlinearity ...     

高性能PWM型DC-DC升压变换器研究

设计了一种单片集成PWM型电流模式升压变换器,芯片内部集成了耐压22V的DMOS功率开关管,开关频率为1.6MHz,采用1.5μmBCD工艺实现。芯片具有很宽的输入电压(2.7~14V)、高效率(85%)、低关断电流、快速暂态响应和低功耗等特性,适宜于用作便携式设备的电源管理,也可作为IP核,嵌入同种工艺下的其它芯片。文中除了对芯片设计方法、思路及主要电路模块结构的设计方案进行讨论外,还提出了减小单片集成开关电源噪声的措施。     

一种适用于低功耗DC-DC变换器的双延迟线结构DPWM

为了降低CMOS降压型DC-DC变换器的功耗,提出了一种双延迟线结构数字脉宽调制器（digital pulse width modulator,DPWM）设计。该DPWM架构由双延迟线组成,可以降低功耗并通过改变分辨率来提高纹波电压。通过使用8位和16位延迟线实现了虚拟128位延迟线,并提出了相应的DPWM控制算法。基于180 nm TSMC CMOS工艺,采用Cadence软件进行仿真分析。仿真和实际测量结果表明,提出的双延迟链DPWM功耗为1.18μW,纹波电压为10.4 mV。工作频率100kHz时在4-10mA的负载电流范围内,与传统转换器相比具有提出DPWM的DC-DC变换器实现了较高的峰值效率92.8％,且有效面积较小。     

带有高精度片上电流感应器的自适应开关频率降压型DC-DC变换器

本文提出了一种基于电流模式的PWM降压型DC-DC变换器。在高精度片上电流感应器的作用下,当负载不同时自动选择开关频率,提高了系统效率,并获得良好的瞬态响应。电流感应器采用简单的开关技术省去了复杂的运算放大器,但获得了高精度,减少了功率损耗,节省了芯片面积。此外,为了避免启动时的浪涌电流,设计了一种新型的软启动电路。芯片采用了0.5μm标准CMOS工艺,面积3.38mm2,电流感应器的精度可以达到99.5%@200mA,在5-18V的宽输入电压范围内可以输出2A的负载电流。     

一种无均流外环并联DC-DC变换器的设计

设计了一种无均流外环并联DC-DC变换器,采用平均电流模式控制,通过控制最大编程电感电流,实现并联变换器的精确均流.采用小信号模型分析了并联变换器的均流误差和稳定性,电路实现了稳定的电流特性和快速的瞬态响应,具有优良的负载电流调节能力.仿真结果表明,该电路的均流误差在8‰以下,并联变换器在重载和轻载之间跳变时,1.5m...     

用于PWM控制DC-DC变换器的电流检测电路

设计实现了一种用于单片集成脉宽调制方式控制直流一直流变换器的电流检测电路。通过功率管并联工作在线性区的晶体管的方法检测流过功率管或电感的电流,使其具有高精度、低功耗的特点。基于0．6μm BCD工艺,利用Hspice对所设计电路进行仿真。仿真结果显示,当电源电压为3V、功率管开关频率1MHz时,该电流检测电路检测精度为96．98%,功耗仅为0．112mW。     

一种新型软开关DC-DC PWM升压变换器设计

为提高转换效率并降低电源开关的电流应力,提出一种基于新型有源缓冲电路的PWM DC-DC升压变换器。该有源缓冲电路使用ZVT—ZCT软开关技术,分别提供了总开关ZVT开启及ZCT闭合、辅助开关ZCS开启及ZCT闭合。消除了总开关额外的电流及电压应力,消除了辅助开关电压应力,且有源缓冲电路的耦合电感降低了电流应力。另外,通过连续将二极管添加到辅助开关电路,防止来自共振电路的输入电流应力进入总开关。实验结果表明,相比传统的PWM变换器,新的DC-DC PWM升压变换器在满负荷时电流应力降低且总体效率能达到98.7%。     

用于光伏发电的串联全桥DC-DC变换器

光伏发电系统中DC-DC变换器的作用是使太阳能光伏电池电压达到光伏系统逆变环节的直流母线电压的要求。其中,全桥结构具有功率开关管电压应力小、变压器利用率高、容易实现软开关的特点,现将标准的全桥DC-DC变换器重新设计成串联形式,用计算机仿真来评估其工作状况,结果表明,开关的工作峰值电流被显著地减小了,减少了损耗并提高了...     

一种DC-DC开关电源片上软启动电路

提出了一种基于DAC(digital-to-analog converter)控制的数字软启动电路,利用DAC控制和软启动电压检测技术,有效抑制了DC-DC开关电源启动过程中产生的浪涌电流和输出电压过冲,实现了输出电压从零到调整值的平坦上升.在启动完成后启动电路的偏置电流被彻底关断,实现了低功耗没计.该软启动电路采用CMOS器件设计,无需任何外围元件,便于被DC-DC开关电源集成.该电路已成功集成到一款Buck型PWM(pulse width modulation)控制器当中,测试结果表明:在整个负载范围内,DC-DC在启动过程中电感电流平稳变化,输出电压平滑上升、无过冲,启动时间控制在1.2ms.     

一种DC-DC开关电源片上软启动电路

提出了一种基于DAC(digital-to-analog converter)控制的数字软启动电路,利用DAC控制和软启动电压检测技术,有效抑制了DC-DC开关电源启动过程中产生的浪涌电流和输出电压过冲,实现了输出电压从零到调整值的平坦上升.在启动完成后启动电路的偏置电流被彻底关断,实现了低功耗没计.该软启动电路采用CMOS器件设计,无需任何外围元件,便于被DC-DC开关电源集成.该电路已成功集成到一款Buck型PWM(pulse width modulation)控制器当中,测试结果表明:在整个负载范围内,DC-DC在启动过程中电感电流平稳变化,输出电压平滑上升、无过冲,启动时间控制在1.2ms.     

一种应用于直流电压转换芯片的新型数字软启动电路

提出了一种新型的用于高效率、低功耗双模式直流电压转换器(DC-DC)芯片的数字软启动电路.该电路采用数字分频和电流限制电路相结合的设计方法实现了软启动的功能,避免了常规设计中使用大的启动电容,因此容易实现全集成的设计,可减小面积、降低成本.芯片采用CSMC公司的0.5 μm CMOS混合信号模型设计和流片.测试结果表明这种数字软启动电路约在750 μs内完成软启动的功能,避免了启动过程直流电压转换器(DC-DC)芯片中的浪涌电流和输出过冲电压的现象.     

一种DC-DC开关电源的新颖软启动电路设计

提出了一种基于CMOS工艺的新颖软启动电路,该电路利用限流和数字软启技术,实现了输出电压快速、稳定软启,有效抑制了DC-DC开关电源启动过程中所产生的浪涌电流和输出电压过冲.该电路可方便地集成于DC-DC开关电源内部,无需软启动引脚和外接软启动电容,有利于减小封装尺寸和应用电路板空间及降低成本.该软启动电路已经集成到一款Buck型PWM开关控制器当中.试验结果显示,在输出电容等于300μF,空载或带载的情况下,启动过程都非常平稳,电感电流稳定,输出电压上升平滑无过冲,启动时间小于300μs.     

一种多相DC-DC数字控制器的设计

分析了多相DC-DC变换器的均流环路小信号动态特性以及极限环振荡条件,提出一种基于平均电流的数字均流技术,并据此实现了一种多相DC-DC数字控制器。采用基于同步设计的均流控制电路和数字脉宽调制器实现电流均衡和相位交错。该多相DC-DC数字控制器芯片基于0.18μm CMOS工艺设计。仿真结果表明,在10~20 A阶跃负载电流下,输出过冲/下冲电压在20 mV以内,开关频率在0.5 MHz~2 MHz范围内可调整,均流误差从20.8%减小到5%以下。