【摘 要】
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使用电容作为储能元件的开关电容DC-DC转换器相比开关电感转换器可以提供更好的功率密度,更小的体积,因此在诸如便携式电子设备等低功率或面积受限的应用中更具吸引力,为保证设备可以长时间地稳定运行,提高开关电容转换器芯片的系统效率成为现在的研究热点之一。同时,由于PWM、PFM等调制模式下的开关电容系统有闭合环路,存在稳定性问题,因此对开关电容转换器系统的稳定性分析也成为当前研究的重难点。基于以上讨论
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使用电容作为储能元件的开关电容DC-DC转换器相比开关电感转换器可以提供更好的功率密度,更小的体积,因此在诸如便携式电子设备等低功率或面积受限的应用中更具吸引力,为保证设备可以长时间地稳定运行,提高开关电容转换器芯片的系统效率成为现在的研究热点之一。同时,由于PWM、PFM等调制模式下的开关电容系统有闭合环路,存在稳定性问题,因此对开关电容转换器系统的稳定性分析也成为当前研究的重难点。基于以上讨论,本文设计了一款宽输入电压范围的高效率开关电容转换器,主要工作如下:（1）设计了一种可重构的开关电容阵列,该阵列基于串并联拓扑结构,由2个飞电容,9个开关组成,通过改变开关工作状态可以实现四种变压比:1/1、2/3、1/2和1/3,使系统在宽输入电压范围内始终保持高效率;（2）为开关电容降压转换器设计了脉冲频率调制（PFM）和Burst双模式控制策略,重载下采用PFM调制模式,转换器输出电压纹波较小;轻载下系统进入Burst模式,当输出电压高于额定电压时,仅由电容为负载供电,进一步提高了系统转换效率,相对的Burst模式下纹波也比较大;（3）利用电荷平衡法和z变换建立了离散系统的环路小信号模型,分析了环路稳定性,并通过引入一个零点对环路进行频率补偿,保证了全负载下开关电容转换器系统的稳定性。采用HHGrace 0.35μm BCD工艺完成了电路的设计和仿真,仿真结果表明,输入电压范围为1.6～4.0V,输出电压为1.0V,输入电压3.2V时,最大可带200m A负载;输入电压为2.2V,负载电流为40m A条件下,转换器峰值效率可达87.3%;Burst模式下系统静态电流最大为63.2μA。
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