自动升降压型单电感多输出DC-DC转换器的研究与设计

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1、工程硕士学位论文自动升降压型单电感多输出DC-DC转换器的研究与设计作者姓名黄培裕学科专业集成电路工程校内指导教师贺小勇副教授校外指导教师胡剑琛高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月StudyandDesignofAuto-Buck-BoostSIMODC-DCConverterADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HuangPeiyuSupervisor：Prof.HeXiaoyongS.E.HuJianchenSouthC

2、hinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要近年来，功能丰富的便携式设备迎来了蓬勃发展。随着其内部电路越来越复杂，对不同模块供电的电源需求也越来越大。由于单电感多输出（SIMO）DC-DC转换器仅使用一个片外电感就可以提供多个高效率的输出电压，逐渐成为一个低成本高收益的电源解决方案。由于锂电池的输出电压范围较大，根据电池电压变化采用自动升降压技术具有其必要性。根据对SIMODC-DC现有成果的调研，在抑制通道间交叉调整干扰方面，现有的方法均不适用于具有自动升降压特性的S

3、IMODC-DC转换器。本论文提出一种基于比较器控制并对占空比进行限制的方法，并应用于一款单电感四输出DC-DC转换器中。这种方法的优点是不需要利用精确的电流采样电路进行电感电流反馈控制也能实现快速的负载瞬态响应性能和较低的交调影响。本论文采用Simulink和Modelsim联合仿真验证了该方法的正确性。为了检测DCM模式，本论文还提出了一种新式的电感电流过零检测电路（ZCD），克服了传统连续比较器的响应速度慢和不稳定的缺点，并且在不牺牲检测精度的前提下降低了ZCD的功耗。本论文提出的自动升降压型单电感四输出

4、DC-DC转换器是基于GlobalFoundries1P6M0.18μmCMOS工艺进行电路原理图设计。转换器的输入电压为2.5V，四路输出的电压范围为1.8V~5.0V，开关频率为1MHz，片外电感电容分别为4.7μH和10μF。仿真结果显示，各路输出电压纹波均小于±20mV。在动态性能方面，其交叉调整率小于0.03mV/mA。其峰值转换效率可达到91.8%。关键词：单电感多输出（SIMO）；自动升降压；比较器控制；交叉调整；过零检测电路IAbstractMobiledevicesincorporatingm

5、ulti-featuresareboominginnowadays.Theincreasingcomplexityofcircuitriesintegratedinternallynecessitatesthemultiplepowersuppliesfordifferentblocks.DuetothefactthatSIMO(singleinductormultipleoutput)converterscanprovidemultipleoutputvoltageefficientlybysingleoff

6、-chipinductor,itbecomesalowcostandhighrewardcandidatesolution.Becausethelargevariationofthelithiumbatter’soutput,itisnecessarytoadopttheauto-buck-boosttechniquedependingonthevariationofthebatteryoutputs.FrompublishedworksonSIMODC-DCconverters,thereportedtech

7、niquesarenotfeasibleforconverterswithauto-buck-boostfeatureswhenconsideringcross-regulationsuppression.Inthisthesis,acomparator-basedcontrolwithduty-cyclelimitationisproposedtodesignaDC-DCconverterwithoneinductorfouroutputs.Thecontrolschemecanachievefast-loa

8、d-transientreponseandlowcrossregulationindependentofinductorcurrentfeedforwardwhichissensitivetotheaccuracyofinductor-currentsensor.Inthisthesis,co-simulationbetweenSimulinkandModelsimisadoptedt