Интегральный повышающий/понижающий преобразователь мощности с динамическим контролем рабочей частоты В.Ш. Меликян, В.А. Галстян, А.Л. Алексанян, А.С. Арутюнян ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ Государственный инженерный университет Армении

2 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ Содержание Введение Принцип работы преобразователя Архитектура и особенности системы преобразования Динамический контроль рабочей частоты Уменьшение помех выходного сигнала Измерения параметров преобразователя мощности Сравнение параметров преобразователей Заключение Литература

3 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ Введение Проблема уменьшение потребляемой мощности портативных устройств. Существующие решения динамическое масштабирование напряжения. – с помощью переключения между несколькими источниками постоянного напряжения. – с использованием преобразователей статического напряжения.

4 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ Принцип работы преобразователя Режимы Работы: Понижающий Повышающий Эффективности преобразования: Понижающий режим Повышающий режим, если Схема преобразователя

5 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ А РХИТЕКТУРА И ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

6 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ Динамический контроль рабочей частоты Принцип динамического контроля рабочей частоты Схема использованного операционного усилителя

7 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ Уменьшение помех выходного сигнала Серийный регулятор Функция: превращение шумного входного сигнала в стабильный выходной сигнал.

8 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ И ЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МОЩНОСТИ 10 0,2 Эффективность (%) Входное напряжение (В) 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1, ,0 Эффективность (%) Входное напряжение (В) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2, Зависимость эффективности преобразования от уровня входного напряжения для повышающего режима Зависимость эффективности преобразования от уровня входного напряжения для понижающего режима

9 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ И ЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МОЩНОСТИ (2) Зависимость эффективности преобразования от тока нагрузки для понижающего режима Зависимость эффективности преобразования от тока нагрузки для повышающего режима Эффективность (%) Ток нагрузки (мА) Эффективность (%) Ток нагрузки (мА)

10 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ Сравнение параметров преобразователей Параметр Преобразователь существующий представленный Входное напряжение 3,3 В0,2…2 В Выходное напряжение 1,25 В0,6…2.4 В Емкость конденсаторов накапливания заряда 300 пФ50 пФ Емкость нагрузки 50 пФ30 пФ Частота переключения 40 МГц 10…22 МГц Выходная пульсация 45 мВ~70 мВ Эффективность 64%72% Технология 0,18 мкм КМОП0,32 нм КМОП

11 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ Заключение Разработан интегральный преобразователь мощности на переключающихся конденсаторах, работающий в режимах повышения и понижения входного напряжения. Преобразователь обеспечивает максимальный уровень эффективности преобразования в 72%. Предусмотрен динамический контроль рабочей частоты, обеспечивающий уменьшение потерь переключения для широкого диапазона применяемой нагрузки (1…5 к Ом).

12 ЗАО СИНОПСИС АРМЕНИЯ Литература 1. Chandrakasan A., Sheng S., Brodersen R. Low-power cmos digital design // Solid-State Circuits: IEEE Journal V. 27. P Yuan L., Qu G. Analysis of energy reduction on dynamic voltage scaling-enabled systems // IEEE Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems V. 24. P Maity B., Mandal P. A high performance switched capacitor-based dc-dc buck converter suitable for embedded power management applications // Very Large Scale Integration (VLSI) Systems: IEEE Trans P Castro P., Silveira F., Eirea G. Modular Architecture For Ultra Low Power Switched- Capacitor DC-DC Converters // IEEE P Bhattacharyya K., Mandal P. A Low Voltage, Low Ripple, on Chip, Dual Switch-Capacitor Based Hybrid DC-DC Converter // IEEE Transactions on Circuits and Systems P Joen H., Kim Y. A Novel 4-to-3 Step-Down On-Chip SC DC-DC Converter With Reduced Bottom-Plate Loss// IEEE P Chung S.H., Hui S.Y. Development of a Multistage Current-Controlled Switched- Capacitor Step-Down DC/DC Converter with Continuous Input Current // IEEE Transactions on Circuits and Systems V. 47. P Huang C. A Low-Voltage CMOS Rail-To-Rail Operational Amplifier Using Double P- Channel Differential Input Pairs // IEEE Journal of Solid-State Circuits P Zhang C., Ming-Cheng Lin, Syrzycki M. Process variation compensated voltage controlled ring oscillator with ubtraction-based voltage controlled current source // Electrical and Computer Engineering (CCECE) P