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目錄

譯者序

原書前言

致謝

作者簡介

第1章引言1

11摩爾定律1

12工藝發(fā)展的影響： 05μm~28nm的電源管理芯片1

121MOSFET結(jié)構(gòu)1

122晶體管的尺度效應(yīng)6

123漏電流功耗8

13先進(jìn)工藝產(chǎn)品中電源管理集成電路的挑戰(zhàn)12

131多閾值電壓工藝12

132性能優(yōu)化13

133與版圖有關(guān)的鄰近效應(yīng)16

134對電路設(shè)計的影響17

14電源管理模塊中的基本定義18

141負(fù)載調(diào)整率18

142瞬態(tài)電壓變化19

143傳輸損耗和開關(guān)損耗20

144功率轉(zhuǎn)換效率21

參考文獻(xiàn)21

第2章低壓差線性（LDO）穩(wěn)壓器設(shè)計23

21LDO穩(wěn)壓器的基本結(jié)構(gòu)24

211傳輸器件的類型26

22補(bǔ)償技術(shù)28

221極點(diǎn)分布29

222零點(diǎn)分布和右半平面零點(diǎn)34

23LDO穩(wěn)壓器設(shè)計考慮36

231電壓差36

232效率38

233線性/負(fù)載調(diào)整率39

234負(fù)載電流突變引起的瞬態(tài)輸出電壓變化40

24模擬LDO穩(wěn)壓器43

241主極點(diǎn)補(bǔ)償?shù)奶匦?3

242無電容結(jié)構(gòu)特點(diǎn)48

243低電壓無電容LDO穩(wěn)壓器的設(shè)計54

244在多級無電容LDO穩(wěn)壓器中通過使用電流反饋補(bǔ)償減少最小負(fù)載電流限制57

245具有前饋通路和動態(tài)增益調(diào)整的多級LDO穩(wěn)壓器65

25LDO穩(wěn)壓器的設(shè)計指導(dǎo)70

251仿真提示和結(jié)果分析71

252在交流分析仿真中打破閉環(huán)的方法72

253具有主極點(diǎn)補(bǔ)償?shù)腖DO穩(wěn)壓器的仿真實(shí)例74

26數(shù)字LDO穩(wěn)壓器設(shè)計82

261基本數(shù)字LDO穩(wěn)壓器83

262具有網(wǎng)格異步自定時控制（LASC）技術(shù)的數(shù)字LDO穩(wěn)壓器85

263動態(tài)電壓縮減（DVS）88

27具有模擬動態(tài)電壓縮減（ADVS）技術(shù)的開關(guān)數(shù)字/模擬低壓差線性（D/A-LDO）

穩(wěn)壓器98

271ADVS技術(shù)98

272可切換的D/A-LDO穩(wěn)壓器101

參考文獻(xiàn)107

第3章開關(guān)電源穩(wěn)壓器的設(shè)計109

31基本概念109

32控制方法與工作原理概述112

33開關(guān)穩(wěn)壓器的小信號模型與補(bǔ)償方法117

331電壓模式開關(guān)穩(wěn)壓器的小信號建模117

332閉環(huán)電壓模式中開關(guān)穩(wěn)壓器的小信號建模121

333電流模式開關(guān)穩(wěn)壓器的小信號建模136

參考文獻(xiàn)153

第4章基于紋波的控制技術(shù)（第1部分）154

41基于紋波控制的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)154

411遲滯控制157

412導(dǎo)通時間控制159

413關(guān)斷時間控制163

414具有峰值電壓控制和波谷電壓控制的恒定頻率技術(shù)165

415基于紋波控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總結(jié)166

42導(dǎo)通時間控制型降壓轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)168

421穩(wěn)定性判據(jù)的推導(dǎo)168

422輸出電容的選擇179

43采用小阻值RESR的多層陶瓷電容設(shè)計技術(shù)182

431采用附加斜坡信號183

432采用額外的電流反饋通路184

433具有附加電流反饋通路的導(dǎo)通時間控制模式的比較232

434采用紋波整形技術(shù)補(bǔ)償小阻值RESR234

435紋波整形功能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果239

參考文獻(xiàn)246

第5章基于紋波的控制技術(shù)（第2部分）247

51增強(qiáng)電壓調(diào)整性能的設(shè)計技術(shù)247

511直流電壓調(diào)整精度247

512用于紋波控制的電壓二次方結(jié)構(gòu)247

513采用附加斜坡或者電流反饋通路的電壓二次方實(shí)時控制技術(shù)251

514采用小阻值RESR的電壓二次方結(jié)構(gòu)中的比較器253

515采用小阻值RESR的具有二次微分和積分技術(shù)的基于紋波控制技術(shù)261

516魯棒性強(qiáng)的紋波調(diào)整器269

52對于開關(guān)頻率變化降低電磁干擾的分析271

521反饋信號抗干擾能力的提高273

522旁路通路對反饋信號高頻噪聲的濾波273

523鎖相環(huán)調(diào)制器技術(shù)275

524不同vIN、vOUT、iLOAD情況下頻率變化的分析276

525用于偽恒定fSW的自適應(yīng)導(dǎo)通時間控制器286

53用于偽恒定fSW的最優(yōu)化導(dǎo)通時間控制器293

531導(dǎo)通時間控制的優(yōu)化算法294

532具有等效vIN和vOUT,eq的Ⅰ型最優(yōu)化導(dǎo)通時間控制器294

533具有等效vDUTY的Ⅱ型最優(yōu)化導(dǎo)通時間控制器302

534頻率鉗位器304

535不同導(dǎo)通時間控制器的比較304

536最優(yōu)化導(dǎo)通時間控制器的仿真結(jié)果305

537最優(yōu)化導(dǎo)通時間控制器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果309

參考文獻(xiàn)313

第6章單電感多輸出轉(zhuǎn)換器315

61單電感多輸出轉(zhuǎn)換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)315

611結(jié)構(gòu)316

612交叉調(diào)整316

62單電感多輸出轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用317

621片上系統(tǒng)317

622便攜式電子系統(tǒng)318

63單電感多輸出轉(zhuǎn)換器的設(shè)計指導(dǎo)319

631能量傳輸通路319

632控制方法分類327

633設(shè)計目標(biāo)329

64用于片上系統(tǒng)的單電感多輸出轉(zhuǎn)換器331

641電感電流控制中的疊加定理331

642雙模能量傳輸方法333

643能量模式轉(zhuǎn)換334

644自動能量旁路337

645瞬態(tài)交叉調(diào)整的消除338

646電路實(shí)現(xiàn)342

647實(shí)驗(yàn)結(jié)果351

65平板電腦應(yīng)用中的單電感多輸出轉(zhuǎn)換器技術(shù)361

651單電感多輸出轉(zhuǎn)換器中的輸出獨(dú)立柵極驅(qū)動控制361

652單電感多輸出轉(zhuǎn)換器中的連續(xù)導(dǎo)通模式/綠色模式相對忽略能量控制369

653單電感多輸出轉(zhuǎn)換器中的雙向動態(tài)斜率補(bǔ)償378

654電路實(shí)現(xiàn)383

655實(shí)驗(yàn)結(jié)果390

參考文獻(xiàn)404

第7章基于開關(guān)的電池充電器406

71引言406

711純充電狀態(tài)409

712直接供電狀態(tài)409

713斷開狀態(tài)410

714充電和供電狀態(tài)410

72基于開關(guān)的電池充電器的小信號分析411

73閉環(huán)等效模型416

74采用PSIM進(jìn)行仿真423

75渦輪加速升壓充電器428

76內(nèi)置電阻對充電器系統(tǒng)的影響432

77設(shè)計實(shí)例：連續(xù)內(nèi)建電阻監(jiān)測436

771連續(xù)內(nèi)建電阻監(jiān)測的操作436

772連續(xù)內(nèi)建電阻監(jiān)測的電路實(shí)現(xiàn)438

773實(shí)驗(yàn)結(jié)果442

參考文獻(xiàn)444

第8章能量收集系統(tǒng)445

81能量收集系統(tǒng)概述445

82能量收集源447

821振動電磁換能器449

822壓電發(fā)電機(jī)451

823靜電能量發(fā)生器451

824風(fēng)力發(fā)電裝置453

825熱電式發(fā)電機(jī)454

826太陽電池456

827磁線圈457

828射頻/無線460

83能量收集電路461

831能量收集電路的基本概念461

832交流電源能量收集電路464

833直流電源能量收集電路469

84最大功率點(diǎn)跟蹤471

841最大功率點(diǎn)跟蹤的基本概念471

842阻抗匹配471

843電阻模擬473

844最大功率點(diǎn)跟蹤方法474

參考文獻(xiàn)479

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前言/序言

在過去的30年中，隨著便攜式以及可穿戴式電子設(shè)備進(jìn)入千家萬戶，電源管理技術(shù)的重要性日益增強(qiáng)。如果電池壽命和電源轉(zhuǎn)換效率能夠大幅度提高，理解電源管理電路的設(shè)計細(xì)節(jié)，諸如低壓差線性（LDO）穩(wěn)壓器、開關(guān)電源穩(wěn)壓器、開關(guān)電容設(shè)計等則是十分重要的。雖然我們可以在很多講述模擬電路或者電力電子的書籍中找到相關(guān)電路，但讀者很難獲得完整的電源管理電路設(shè)計細(xì)節(jié)。所以，我研究了近年來與電源管理設(shè)計相關(guān)的資料，并撰寫了本書。

電源管理集成電路設(shè)計中包含了低壓器件和高壓器件。本書的主要特點(diǎn)就是詳細(xì)介紹了低壓和高壓電源管理電路的設(shè)計。此外，本書的目的之一是使讀者在設(shè)計之初就理解工藝發(fā)展的趨勢和應(yīng)用需求。本書的數(shù)學(xué)分析較為簡單，因?yàn)閺奈业挠^點(diǎn)來看，讀者理解電源管理電路的功能更重要。在此基礎(chǔ)上，讀者可以分析整個電源系統(tǒng)，并推導(dǎo)出復(fù)雜的數(shù)學(xué)結(jié)果。所以，在本書中我采用了許多容易理解的示意圖，來使讀者明白為什么要進(jìn)行電源管理，而電源管理又是如何實(shí)現(xiàn)的。雖然讀者在其他書籍中也可以通過推導(dǎo)公式來進(jìn)行理解，但如果他們通過靈感而不是公式來設(shè)計并實(shí)現(xiàn)他們的構(gòu)思，我想這會有意思得多。因?yàn)閿?shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)的結(jié)合可以有效提升片上系統(tǒng)中電源管理電路的性能，所以本書還介紹了數(shù)字和模擬設(shè)計技術(shù)。

我在臺灣交通大學(xué)和臺灣的工業(yè)界教授過本書中的許多內(nèi)容。在傳輸給讀者之前，這些內(nèi)容的順序、格式以及內(nèi)容都經(jīng)過了仔細(xì)的推敲。比較遺憾的是，很多內(nèi)容并沒有包含在本書中。然而，我鼓勵讀者能夠?qū)⒈緯脑O(shè)計思想應(yīng)用于類似的電源管理設(shè)計中。在書中我還給出了一些設(shè)計指導(dǎo)，使讀者能夠明晰每個設(shè)計的目標(biāo)。