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随着移动通信技术和集成电路技术的快速发展,移动设备具有了低电压、多功能、高功耗的特点。在这样的背景下,DC-DC开关变换器作为移动设备的关键组成部分,必须具备较高的转换效率、且能提供较低纹波的电压,以延长移动设备的待机时间、维持移动设备的正常运转。
论文根据移动设备的应用要求,选择降压(Buck)结构的DC-DC变换器作为研究对象。文章详细介绍了降压型DC-DC变换器的原理,分析了变换器的损耗,提出以PWM(脉冲宽度调制)/PFM(脉冲频率调制)自动切换技术提高变换器全载效率的设计思路。之后,论文以状态空间平均法为基础,构建降压型DC-DC变换器的开关状态方程,分析其轻载时输出电压的纹波特性,指出切换后电感电流峰值升高是造成电压纹波升高的原因,通过电感电流峰值限制有效降低了高效DC-DC变换器轻载时的输出电压纹。
在此基础上,论文完成高效率、低纹波降压型DC-DC开关变换器的电路和版图设计,并基于华润上华(CSMC)0.5μm CMOS工艺对系统进行后仿真验证。后仿真结果表明,系统的转换效率重载时大于90%、轻载时大于79%;系统的输出电压纹波重载时小于7mV、轻载时小于10mV。论文设计的DC-DC开关变换器具备高效率、低纹波的特性,可望应用于上网本等高端移动设备中。