高效率、低功耗直流电压转换器芯片的设计与实现.pdf

第7卷第3期 江南大学学报(自然科 学版) V01．7 No．3 2008年6月 Journal of Jiangnan University(Natural Science Edition) Jun． 2008 文章编号：1671～7147(2008)03—0281—06 高效率、低功耗直流电压转换器芯片的设计与实现 王 菁， 梁 斌， 胡清琮， 陈东坡， 何乐年 (浙江大学超大规模集成电路设计研究所，浙江杭州310027) 摘 要：提出了一种基于脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)模式的高效率、低功耗直流 电压转换器的设计方法．电路在负载电流大于60 mA时采用开关频率1 MHz的PWM工作模式，在 负载电流小于60 mA时采用开关频率降低的PFM工作模式，实现了在0～250 mA负载电流变化 范围内的高转换效率．当输出电压达到预计输出电压的102％时，电路自动进入待机状态，使得静 态工作电流降低．芯片采用CSMC公司的0．5 m CMOS混合信号模型设计和流片．测试结果表明： 该电路可实现PWM和PFM模式供电以及两种模式之间的平稳过渡，具有较好的负载和线路电压 调整，其输出电压的误差小于±2％，最大静态工作电流小于15 A，最大转换效率达92．6％． 关键词：直流电压转换器；脉冲宽度调制；脉冲频率调制；高效率；低功耗 中图分类号：TN 432 文献标识码：A Design and IC Implementation of High Efficiency and Low Power DC-DC Converter WANG Jing， LIANG Bin， HU Qing—cong， CHEN Dong—po， HE Le—nian (Institute of VLSI Design，Zhejiang University，Hangzhou 3 10027，China) Abstract：A design method of a high—efficiency．1ow—power DC—DC converter with pulse—width modulation (PWM)and pulse—frequency modulation(PFM)modes is presented in the paper．The converter operates in PWM mode at a switching~equency of 1 MHz when the load current is larger than 60 mA， and works in PFM mode with a reduced switching~equency if the load current is less than 60 mA， ensuring highly efficient operation within a large range(0～250 mA)of load current variation．As the output voltage reaches 1 02％ of the anticipated output value，the converter enters sleep mode，during which the quiescent current decreases．The chip was implemented using CSMC 0．5 Ixm CMOS mixed． signal process．The experimental results indicate that the converter operates in PWM／PFM modes and performs seamless switching between them，displaying good load／line regulation．The output voltage error is less than ±2％，the maximum quiescent current less than 15 and the maximum of effic