低静态电流同步整流降压DC-DC转换器的设计

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近年来,国内5G通信、云计算、物联网等前沿应用领域成长迅速,电子行业市场需求快速攀升,对广泛应用于电子设备的DC-DC转换器性能提出了更高的要求。由于人们对智能穿戴设备、蓝牙设备以及便携电子设备需求量的增加,针对低功耗DC-DC转换器的研究具有重要意义。本文设计了一种低静态电流同步整流降压DC-DC转换器,基于COT控制模式实现较快的过渡响应,采用同步整流技术和PWM/PFM切换模式,使转换器在不同的负载范围内实现自动切换调制方式,降低消耗功率,可在宽负载电流范围内实现高效率。通过低功耗结构及低功耗控制方式的设计,使转换器尤其在轻载条件下,实现极低消耗电流工作,进一步降低转化器整体功耗。同时,过温保护、欠压锁定、过零检测等完善的保护模块保证了转换器的可靠性。该转换器可支持装载小型电池的移动设备、蓝牙设备等电子设备的长时间驱动。本文设计基于0.5μm CMOS工艺,利用Cadence Virtuoso软件,完成基准电压电路、恒定导通时间生成电路、保护电路等模块及整体电路的设计与仿真,并完成版图设计和芯片测试。仿真及测试结果表明,该转换器在2.5V~5.5V的输入电压范围内,可以得到典型值为2.3V的稳定输出电压,同时实现了控制模式自动切换。该转换器静态电流低至270n A,输出电压纹波小于25m V,效率高于85%,满足低功率消耗和快速瞬态响应等性能指标。
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