使用双功率晶体设计单电感双输出之升降压转换器-NPUCSIE.PDFVIP

第十五屆離島資訊技術與應用研討會 使用雙功率晶體設計單電感雙輸出之升降壓轉換器 Single-Inductor Dual-Output Buck-Boost Converter Design Use Two Power MOS 梁信章 夏世昌 國立雲林科技大學電子工程系碩士班 國立雲林科技大學電子工程系 M1013217@yuntech.edu.tw hsia@yuntech.edu.tw 摘要 比電路方式產生，透過誤差放大器放大回授電壓及 本篇論文提出使用雙功率晶體設計單電感雙 參考電壓的差，再與鋸齒波比較後產生PWM訊號； 輸出之升降壓轉換器，是一種單電感器雙輸出一輸 PWM訊號會隨著負載變動而改變，以穩定輸出電 出可降壓-升壓另一輸出為升壓DC-DC轉換器，電 壓。當負載固定時，電路亦可能會因為元件誤差造 源配電控制。在電壓模式控制該轉換器的工作原理 成PWM前後跳動而影響輸出電壓。此外，電路使 有更好的噪聲抑制能力，使用較少的電源開關 /外 用電感、電容形成二階低通濾波器，若再考慮電容 部補償組件來降低成本，因此適用於片上系統 之等效串聯電阻之極點與零點，系統易不穩定，所 （SoC ）應用。 以需設計補償電路，讓系統迴路穩定。 此次設計之晶片包含一數位控制電路(Digital control circuit) ，此數位控制電路是由 Cell-based合 在單電感雙輸出 DC-DC轉換器中也有許多的架構 成；2 個高壓緩衝器 (HV Buffers) ；四個比較器 及控制方法 ，有雙降壓型(buck) ，雙升壓型(boost) ， (Comparator)一個參考電壓源。 升降壓型(buck-boost) ，圖 1(a)五個功率開關，圖 1(b)為四個電源開關，圖 1(c)三個功率開關，不同 關鍵詞： 電壓 控制模式 單電感雙輸出、 、PWM,回 的架構控制方法也會有所不同。 授控制電路 1. 前言 由 平常的生活中使用了許多的電子產品都需 要一個電源來供應給系統作使用例如 :PDA 、手機、 等可攜式的電子產品 ，這些可攜式的電子產品已 經變成日常生活中的必需品，當可攜式的電子產品 功能越複雜，所需要消耗的功率也會慢慢的增加， 為了減少電子產品所功率消耗，必須使工作電壓不 圖 1各種開關控制 要太高，或著減少元件電感器和電源開關( )且不同 綜合以上考量，本文提出以數位電壓控制的模式方 電路設計需要不同電壓驅動，因此才有了單電感雙 式產生PWM訊號，由於使用數位控制，因此不需 輸出（ Single-Inductor Dual-Output ）的架構出現， 加入補償電路，使用四個回授電壓 Vf1 、Vf2 、Vf3 、 要如何設計出體積小，低消耗功率的電路，在電源 Vf4確保目前負載狀況，以提供穩定的輸出電壓。 管理就非常的重要，一般來說電源供應可分成三種 當負載變化時，藉由數位控制可讓 PWM訊號依負 基本型態：電 荷幫浦穩壓器 (Charge Pump 載改變而變化 ，提供穩定輸出電壓。電路架構如圖 Regulator) ，線性調節電路(Low Dropout Voltage 2所示。