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Please use this identifier to cite or link to this item: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/52636

Title: 寬負載範圍高效率單電感雙輸出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
寬負載範圍
高轉換效率
Date: 2014-08
Issue Date: 2019-12-06T03:49:01Z
Publisher: 科技部
Abstract: 摘要: 由於現今可攜式電子產品系統愈來愈複雜,功能也愈來愈強大,同一電路上常整 合許多不同功率消耗,或是不同驅動電壓、工作速度等模組,因此系統之電源管理就 變得相當複雜且重要,尤其可攜式產品更是要求電源效率,因此設計一多輸出電壓且 高效率電壓轉換器積體電路,提供系統多組不同電壓且低成本,就顯得極為迫切重要。 再者,由於無線區域網路及可攜式無線通訊系統中,均須以極低功率消耗作長時間 待機,而通訊時其功率消耗則急劇之增加,其電流之變化率極高,具有很寬的負載範圍。 而現今之行動裝置產品因朝輕巧超薄發展,對於電子零組件也相對須朝小型化發展,其 中所使用之電源轉換器由於切換頻率大都介於 500 KHz 至 2 MHz 間,在輸出電流須達 500 mA 條件下,所使用之電感值一般介於 4.7 μ H ~ 10μ H 間,其電感體積與其他元件 相較明顯較大,因此目前最新研究,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,由於提高切換頻率即可降低儲存電流之電感尺寸,相對採用較小電 感值。因此,如何開發一具極高切換頻率極高效率且低雜訊之電源轉換管理電路,並同 時適用於高、低電流相差極為懸殊之寬負載範圍,即為現今電源轉換晶片開發上一極重 要之研究課題。 本計畫即提出一全新架構,設計一可有極高切換頻率(20 MHz~50 MHz),並於很寬 負載範圍(50mA ~500mA)均有高轉換效率之單電感雙輸出降壓轉換器,其使用具有高迴 路頻寬之電流模式。此架構主要概念為將 Power MOSFET 分為三部分 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;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,如此可大幅減少轉換器於 輕載時之切換損失。此晶片輸入電壓 2.7V~4.2V ,輸出電壓為 1.8V 與 2.5V,將以目前 及未來數年台灣電源管理晶片設計業最普遍使用之 TSMC 0.35um 2P4M 3.3/5V Mixed Signal CMOS 製程來設計及製作。並以此完成一初步之系統分析,從概略模擬計算中, 於負載電流 50mA~500mA,切換頻率 20 MHz 時,其轉換效率可由傳統架構之 54%提昇 至近 85%,且電感值可小至 270nH。此高切換頻率雙輸出轉換器將為一個寬負載電流範 圍(50mA ~500mA)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/987654321/52636
Appears in Collections:[電機工程學系] 研究計畫

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