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研究生:陳佳萱
研究生(外文):Chia-Hsuan Chen
論文名稱:新型高效率低漣波電荷幫浦升壓轉換器之研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of a New High-Efficiency Low-Ripple Charge-Pump Boost Converter
指導教授:黃育賢陳建中陳建中引用關係
指導教授(外文):Yuh-Shyan HwangJiann-Jong Chen
口試委員:郭建宏李文達
口試委員(外文):Chien-Hung KuoWen-Ta Lee
口試日期:2012-07-11
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電腦與通訊研究所
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:低漣波升壓轉換器電荷幫浦
外文關鍵詞:Low rippleboost convertercharge pump
相關次數:
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本論文提出一個低漣波高效率電荷幫浦升壓型轉換器,是以切換式電容轉換器及切換式轉換器組合而成。所提出的架構具有切換式轉換器的高效率特性,而跟傳統升壓型轉換器相比,有著較小的輸出漣波特性。對於後端通訊、射頻、音頻及影像應用表現更優。
論文第一部份為使用脈波寬度調變技術設計之新型高效率低漣波電荷幫浦升壓轉換器,本晶片控制迴路利用脈波寬度調變電路產生出責任週期,使轉換器可穩壓在所需的電壓,此部分將呈現暫態響應、效率及輸出漣波之模擬及量測結果。此電路採用TSMC 0.35μm 2P4M CMOS製程來實現,晶片面積為1.49×1.49mm2(含PADs)。
本論文第二部份為具有自我調適型斜率產生器與磁滯控制技術之新型高效率低漣波電荷幫浦升壓轉換器。為了增進第一部分的暫態響應,此電路提出一自我調適型斜率產生器,產生的斜率會隨著輸出電壓的變化而改變,另外,電壓磁滯上下限也會因為輸出電壓變化而改變,藉由以上兩種技術來減少暫態穩定時間。此電路採用TSMC 0.35μm 2P4M CMOS製程來實現,晶片面積為1.49×1.49mm2(含PADs)。


The low-ripple high-efficiency charge-pump boost converter which combines switching capacitor converter with switching converter is proposed in this thesis. The proposed architecture has high-efficiency characteristic of switching converter, and compares with conventional boost converter, the proposed architecture has small-ripple characteristic. For communication, RF, audio, and imaging application, the proposed architecture makes performance better.
The first part of this thesis is low-ripple high-efficiency charge-pump boost converter using pulse-width-modulation (PWM) techniques. The controller of the proposed circuit which achieves a stable output voltage produces duty cycle by using PWM in the chip. This part presents simulation and experiment of transient response, efficiency and output ripple. The proposed circuit is implemented with TSMC 0.35μm CMOS 2P4M process, and the area is 1.49×1.49mm2(with PADs).
The low-ripple charge-pump boost converter using hysteresis-controlled techniques with adaptive slope generator is presented in the second part of this thesis. For enhancing transient response of first part in this thesis, the adaptive slope generator whose slope is changed by output voltage variation is proposed in this circuit. In addition, hysteresis-controlled upper and lower limit level is also changed by output voltage variation. By using above two schemes, the transient response is enhanced. The proposed circuit is implemented with TSMC 0.35μm CMOS 2P4M process, and the area is 1.49×1.49mm2(with PADs).


摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 相關研究發展現況 2
1.2 研究動機與目的 6
1.3 論文內容架構 8
第二章 升壓型轉換器介紹 9
2.1 轉換器規格表與定義 9
2.1.1 效率 9
2.1.2 暫態響應 10
2.1.3 線性調節率 11
2.1.4 負載調節率 12
2.1.5 輸出電壓漣波 12
2.2 傳統升壓型直流轉換器介紹 13
2.2.1 基本操作與原理 13
2.2.2 輸出漣波分析 16
2.3 基本切換式電容轉換器介紹 17
2.3.1 基本操作與原理 17
2.3.2 效率 18
2.4 低漣波電荷幫浦升壓轉換器介紹 19
2.4.1 基本操作與原理 19
2.4.2 輸出漣波分析 22
第三章 使用脈波寬度調變技術設計之新型高效率低漣波電荷幫浦升壓轉換器 23
3.1 電路架構簡介 23
3.1.1 電路整體架構 23
3.1.2 補償網路 24
3.1.3 斜波產生器 25
3.1.4 脈波寬度調變電路 26
3.1.5 非重疊電路與驅動電路 27
3.2 電路模擬 30
3.3 電路模擬結果 36
3.3.1 棋盤式佈局法 36
3.3.2 電路整體佈局 37
3.3.3 晶片腳位與功能定義 38
3.3.4 晶片腳位與功能定義 40
3.3.5 量測結果 43
3.4 規格表與文獻比較表 48
第四章 自我調適型斜率產生器與磁滯控制技術之新型高效率低漣波電荷幫浦升壓轉換器 50
4.1 電路架構簡介 50
4.2.1 電路整體架構 50
4.1.2 補償網路 51
4.1.3 自我調適型斜率產生器 52
4.1.4 類比加法電路 54
4.1.5 磁滯控制技術 54
4.1.6 非重疊電路與驅動電路 55
4.2 電路模擬 57
4.3 電路佈局與實測 63
4.3.1 電路佈局圖 63
4.3.2 晶片腳位與功能定義 63
4.3.3 量測環境 66
4.4 規格表與文獻比較表 69
第五章 結論與未來展望 71
5.1 結論 71
5.2 未來展望 72
參考文獻 76


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