Embed Size (px)
DESCRIPTION
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. Содержание. Введение Принцип работы преобразователя - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
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
2ЗАО “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
3ЗАО “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.
4ЗАО “СИНОПСИС АРМЕНИЯ”
Принцип работы преобразователя
Режимы Работы:
•Понижающий•Повышающий
Эффективности преобразования:
•Понижающий режим
•Повышающий режим
, если
, если
Vin
Vout
3
Vin
Vout VoutVinVout 2
Vin
Vout VoutVin 2
Схема преобразователя
5ЗАО “СИНОПСИС АРМЕНИЯ”
АРХИТЕКТУРА И ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
6ЗАО “СИНОПСИС АРМЕНИЯ”
Динамический контроль рабочей частоты
Vbias Vin1 Vin2
Vout
Принцип динамического контроля рабочей частоты
Схема использованного операционного усилителя
7ЗАО “СИНОПСИС АРМЕНИЯ”
Уменьшение помех выходного сигнала
Серийный регулятор
Функция: превращение шумного входного сигнала в стабильный выходной сигнал.
8ЗАО “СИНОПСИС АРМЕНИЯ”
ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МОЩНОСТИ
10
0,2
Эф
фек
тивн
ость
(%
)
Входное напряжение (В) 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
20 30 40 50
60 70 80
10
0,0
Эф
фек
тивн
ость
(%
)Входное напряжение (В)
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
20 30 40 50
60 70 80
Зависимость эффективности преобразования от уровня входного
напряжения для повышающего режима
Зависимость эффективности преобразования от уровня входного
напряжения для понижающего режима
9ЗАО “СИНОПСИС АРМЕНИЯ”
ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МОЩНОСТИ (2)
Зависимость эффективности преобразования от тока нагрузки для
понижающего режима
Зависимость эффективности преобразования от тока нагрузки для
повышающего режима
10
20
Эф
фек
тивн
ость
(%
)
Ток нагрузки (мА) 30 40 50 60 70 80 90 100
110 120
20 30 40 50
60 70 80
10
20
Эф
фек
тивн
ость
(%
)Ток нагрузки (мА)
30 40 50 60 70 80 90 100 110
120
20 30 40 50
60 70 80
10ЗАО “СИНОПСИС АРМЕНИЯ”
Сравнение параметров преобразователей
Параметр
Преобразователь
существующий представленный
Входное напряжение 3,3 В 0,2…2 В
Выходное напряжение 1,25 В 0,6…2.4 В
Емкость конденсаторов
накапливания заряда300 пФ 50 пФ
Емкость нагрузки 50 пФ 30 пФ
Частота переключения 40 МГц 10…22 МГц
Выходная пульсация 45 мВ ~70 мВ
Эффективность 64% 72%
Технология 0,18 мкм КМОП 0,32нм КМОП
11ЗАО “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 кОм).
12ЗАО “СИНОПСИС АРМЕНИЯ”
Литература1. Chandrakasan A., Sheng S., Brodersen R. Low-power cmos digital design // Solid-State
Circuits: IEEE Journal. 1992. V. 27. P. 473-484.
2. Yuan L., Qu G. Analysis of energy reduction on dynamic voltage scaling-enabled systems // IEEE Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. 2005. V. 24. P. 1827-1837.
3. 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. 2011. P. 1-5.
4. Castro P., Silveira F., Eirea G. Modular Architecture For Ultra Low Power Switched-Capacitor DC-DC Converters // IEEE 2012. P. 1036-1039.
5. 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. 2008. P. 661-666.
6. Joen H., Kim Y. A Novel 4-to-3 Step-Down On-Chip SC DC-DC Converter With Reduced Bottom-Plate Loss// IEEE 2012. P.1060-1063.
7. 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. 2000. V. 47. P. 1017-1025.
8. Huang C. A Low-Voltage CMOS Rail-To-Rail Operational Amplifier Using Double P-Channel Differential Input Pairs // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2004. P. 673-676.
9. 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). 2011. P. 731-734.
