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Please use this identifier to cite or link to this item: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/52634

Title: 電流模式高效率PWM/PSM電壓轉換器研究與製作
Authors: 葉美玲
Contributors: 國立臺灣海洋大學:電機工程學系
Keywords: 電源管理晶片
電流模式
高切換頻率
高轉換效率
Date: 2016-08
Issue Date: 2019-12-06T03:40:40Z
Publisher: 科技部
Abstract: 摘要: 隨著可攜式無線通訊系統走向積體化,包含的功能模組不斷增多,消耗的功率也急劇增加,因此對電源管理IC的要求更加複雜和嚴格,其中效率是一個關鍵的性能參數。目前於此等系統所用的電源管理電路,大都以脈波寬度調變(PWM)的方式進行電壓之轉換,以適合可攜式系統的寬負載電流變化。PWM調變於大電流時轉換效率極高,然於待機時其效率是相當低的。加之現今無論是工業界或是學術界均朝大幅提高電源轉換器切換頻率方向發展,以降低儲存電流之電感尺寸。因此,如何開發具有高切換頻率、寬負載電流範圍並同時達到高效率的電壓轉換器,即為現今電源管理晶片開發上一極重要之研究課題。 本計畫即提出一全新架構,設計一全電流模式PWM/PSM降壓轉換器,可有極高切換頻率(10 MHz~20 MHz),並於很寬負載範圍(20mA ~500mA)均有高轉換效率。此架構主要概念為將PWM系統中的電流感測電路、斜坡產生器及誤差放大器進行改進,使訊號由電流傳遞,不是電壓。電流輸出訊號相較於電壓輸出訊號最主要的差別在於並非對下一級的閘級(Gate)進行充電,因而避開閘極端的大寄生電容,可達到高頻寬,適合使用在高切換頻率設計上。並將Power MOSFET 分為四部分Power NMOS 及PMOS 元件,其啟動Power MOS 元件之個數,全依負載電流大小值作適當之控制,可大幅減低切換損失。再利用兩部分電感元件,可減少工作於脈衝省略模式(PSM)時的電壓漣波太大之問題。當電流於很輕載時,轉換器工作於PSM模式;當電流於輕載時,轉換器工作於非連續導通模式(DCM);當電流於中載及重載時,轉換器工作於連續導通模式(CCM)。此轉換器可以實現四種不同的負載範圍,以達到切換損失最佳化,如此可大幅提高轉換器於輕載時的轉換效率。此晶片輸入電壓2.7V~4.2V,輸出電壓為1.8V,將以電源管理晶片設計業最普遍使用之TSMC 0.35um 2P4M 5V Mixed Signal CMOS製程來設計及製作。此全電流模式PWM/PSM高切換頻率降壓轉換器將為一個寬負載電流範圍均有極高轉換效率( 85%以上)的新架構,並將電感體積大幅縮小,此電路之重要性與架構多變化性非常值得投入研究,並具有極高學術性與實用性。
URI: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/52634
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