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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李嘉峻
研究生(外文):CHIA-CHUN LEE
論文名稱:具PWM/PFM雙模控制之直流降壓轉換器晶片
論文名稱(外文):A DC-DC BUCK CONVERTER IC WITH PWM/PFM DUAL MODE CONTROL
指導教授:黃淑絹黃淑絹引用關係
指導教授(外文):Shu-Chuan Huang
口試委員:黃淑絹
口試委員(外文):Shu-Chuan Huang
口試日期:2016-07-29
學位類別:碩士
校院名稱:大同大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:43
中文關鍵詞:降壓型轉換器能源管理
外文關鍵詞:PWMbuck converterPFM
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本篇論文設計一切換式直流降壓轉換器,並採用TSMC 0.35µm CMOS製程來實現。為提升轉換效率,本電路採用雙模控制模式,其一是用於重載時的PWM(脈衝寬度調變)模式,另一個是用於輕載時的PFM(脈衝頻率調變)模式。本電路是針對以電池供應在3V到5V為主的應用產品,可操作在頻率100kHz到600kHz。HSPICE模擬結果顯示,在供給電壓3.7V、切換頻率262.47kHz、外部電容10-µF及電感10-µH的情況下,在PWM模式下輸出漣波電壓約為20mV,負載電流400mA時有最大功率效能84%;在PFM模式下輸出漣波電壓約為600mV,負載電流80mA時有最大功率效能75%。
A DC-DC bulk converter has been designed and simulated with TSMC 0.35 CMOS models. To improve the conversion efficiency, the converter is designed to switch between two modes, PWM mode for heavy load and PFM mode for light load.
This converter with on-chip current sensor can operate from 300 kHz to 600kHz with supply voltage from 3 to 5 V suitable for battery supply applications. With a 3.7V supply, switching frequency 262.47kHz, a 10-µF off-chip capacitor and a10-µH off-chip inductor, the HSPICE simulation results show that the output ripple voltage is about 20 mV and the maximum power efficiency is 84% at load current of 400mA in PWM mode. The output ripple voltage is about 600 mV and the maximum power efficiency is 75% at load current of 80 mA in PFM mode.
致謝i
摘要ii
ABSTRACTiii
目錄iv
圖目錄vii
表目錄x
第一章1
緒論1
1.1研究動機1
1.2章節概述1
第二章2
切換式直流轉換器基本原理2
2.1效率2
2..2直流對直流轉換器(DC-DC Converter)基本原理2
2.2.1降壓型轉換器(buck converter)直流分析3
2.2.2升壓型轉換器(boost converter)直流分析7
第三章10
電路設計10
3.1電路架構10
3.2 SR latch11
3.3 PWM調節器(Pulse-width modulators)13
3.4 PFM調節器(Pulse frequency modulators)15
3-5三角波產生器(Oscillator and ramp generator)17
3.6比較器(Comparator)19
3.7 延遲控制緩衝器(Dead time control Buffer)21
3.8電流檢測電路(Current sensing)25
3.9 PWM和PFM選擇控制器(PWM and PFM mode selecting circuit)26
3.10零電流偵測(zero current detector)29
3.11誤差放大器的補償電路(Compensation circuit of error ampplifier)30
3.12緩啟動電路(soft-start circuit)32
3.13提高效率電路34
第四章36
模擬結果36
4.1 PWM模式下36
4.2 PFM模式下36
4.3整體電路37
4.4電路效率37
第五章41
結論41
5.1結論41
5.2未來研究方向42
參考文獻43
[1]R. Erickson and D. Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, 2nd ed., Kluwer Accademic Publishers Co., 2001.
[2]W.-R. Liou, M.-L. Yeh, and Y.-L. Kuo, ”A high efficiency dual-mode buck converter IC for portable applications,” IEEE Trans. Power Electron , vol. 23, no. 2, Mar. 2008.
[3]C. F. Lee and P. K. T. Mok, ”A monolithic current-mode CMOS DC–DC converter with on-chip current-sensing technique,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 39, no. 1, Jan. 2004.
[4]R. Gregorian, Introduction to CMOS Op-Amps and Comparators, New York: Wiley, 1999.
[5]W. H. Ki, “Current sensing technique using MOS transistors scaling with matched bipolar current sources,” US Patent 5,757,174, May 26, 1998.
[6]P. Y. Wu, S. Y. S. Tsui, and P. K. T. Mok, “Area- and power-efficient monolithic buck converters with pseudo-type III compensation” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 45, no. 8, Aug. 2010.
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