【摘 要】
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随着信息科学技术的不断迭代进步,5G、大数据、快充等新兴技术浪潮的兴起,对各种设备中所需的芯片要求越来越高。其中,对电源芯片的要求逐渐往高速,大电流,多相化等方向发展。对于开关电源而言,相较于单一的电压模控制,电流模控制有着诸多优点。譬如瞬态响应快,环路补偿简单,可多相并联均流等。电流模开关电源设计难点之一是在尽可能不影响效率的前提下,精准采样电流信息。为进一步提高开关电源的转换效率,各大半导体公
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随着信息科学技术的不断迭代进步,5G、大数据、快充等新兴技术浪潮的兴起,对各种设备中所需的芯片要求越来越高。其中,对电源芯片的要求逐渐往高速,大电流,多相化等方向发展。对于开关电源而言,相较于单一的电压模控制,电流模控制有着诸多优点。譬如瞬态响应快,环路补偿简单,可多相并联均流等。电流模开关电源设计难点之一是在尽可能不影响效率的前提下,精准采样电流信息。为进一步提高开关电源的转换效率,各大半导体公司和科研机构均对更高精度且无损的电流采样电路进行了研究。本文创新点在于提出了一种自适应时间常数匹配跨导-电容（Gm-C）电感电流采样技术。该技术固定跨导放大器跨导值与采样电阻阻值,通过调节采样电容的等效容值来实现电感电流准确采样。具体地说,该技术通过比较变换器开关节点电压的过零时间与Gm-C电流采样电压的过零时间,判断Gm-C时间常数是否与DCR（Direct Current Resistance）时间常数匹配。使用鉴频鉴相器检测二者过零时间差值,并控制双向计数器实现对电容阵列等效容值的调制,以完成时间常数匹配。最终实现自适应时间常数匹配Gm-C电感电流采样,准确采样电感电流的直流值与纹波。与前序工作相比,该校准过程平滑,并且可以在DC-DC变换器正常工作情况下进行在线调制,能有效适应DC-DC变换器工作中温度、电压、电流等外部条件的变化。基于本文所提出的自适应时间常数匹配跨导-电容（Gm-C）电感电流采样技术,设计了一款四开关Buck-Boost变换器芯片,输入电压范围为4.7V-60V,输出电压范围为1.2V-60V,开关频率范围为200k Hz-700k Hz,可通过配置外部电阻改变开关频率。本文设计的四开关Buck-Boost变换器芯片基于0.18μm BCD（Bipolar,CMOS,DMOS）工艺进行设计和仿真验证。仿真结果显示,12V输出电压下,变换器最大带载能力5A,峰值效率为96.4%。与串联电阻采样方式相比,本文设计的电流采样电路可以将四开关Buck-Boost变换器效率提高1.5%。并且该采样方法能将采样误差有效降低39.6%-55.2%。
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