[发明专利]一种提高集成开关DC-DC变换器轻载效率非均匀变化栅宽的方法

摘要

本发明公开了一种提高集成开关DC-DC变换器轻载效率非均匀变化栅宽的方法，本发明中的Buck-Boost变换器，采用CSMC 0.5μm CMOS工艺库设计，实现除无源滤波器件外的全电路集成，外接滤波电感为2.2μH，滤波电容为1μF。根据对输入输出电压的要求，变换器可以工作在Buck(降压)、Buck-Boost(升降压)、Boost(升压)三种模式下，输入电压范围2.5V-4.2V，输出电压范围1.5V-5V，工作频率5MHz。在整个负载电流范围10mA-650mA内采用非均匀的栅宽调制方法。变换器在5MHz高频工作时，中等负载及重负载效率始终保持在90％以上，而轻载(10mA)效率达到80％以上。由于只是改变了开关管的栅宽，并不采取额外开关管工作频率的控制环节，从根本上消除了变频控制带来的不良后果。

主权项

一种提高集成开关DC DC变换器轻载效率非均匀变化栅宽的方法，其特征在于，按照如下步骤：(a)搭建四开关Buck Boost变换器系统；(b)根据所需最大负载电流Imax确定功率开关管MN1、MP1、MN2和MP2总尺寸；确定Iout(0)≈0.6×Imax时对应的最优尺寸Wopt(0)，也就是开关MOS管的总尺寸Wtotal；(c)根据总尺寸Wtotal和所需最小负载电流Imin，采用非均匀可变栅宽的方法确定组成功率开关管的各个并联开关管的数目m+1和尺寸WM(0)到WM(m)；(d)根据步骤c)中设计好的各个并联开关管的尺寸，确定非均匀变化的各个栅宽值对应的负载电流范围以使变换器的转换效率保持最优；关断延迟线ADC的功能，向开关管栅宽控制模块直接加入不同的数字码对应不同的栅宽，获得随负载电流变化的效率曲线；对于所有负载电流范围内，选取达到效率最高时的数字码，也就是确定了各个栅宽值对应的负载电流范围；(e)调节延迟线ADC输出数字码与检测电压Vsense的变化关系，使得ADC输出数字码与步骤(d)中计算得到的负载电流范围对应；(f)实现栅宽随负载电流非均匀变化的自适应调整。