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研究生： 林冠孝
Lin, Kuan-Hsiao
論文名稱： 變頻脈衝頻寬調變之單電感雙輸出穩壓器
Single Inductor Dual Output DC-DC Converter Using Variable Frequency Pulse Width Modulation Technique
指導教授： 周懷樸
Chou, Hwai-Pwu
口試委員: 盧志文
Lu, Chih-Yun
吳紹懋
Wu, Shao-Mao
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年： 2013
畢業學年度： 102
語文別： 中文
論文頁數： 79
中文關鍵詞： 單電感雙輸出穩壓器
外文關鍵詞： Single Inductor Dual Output DC-DC Converter
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    • 本論文內容主要是設計一個電感產生兩個輸出電壓的電路 (SIDO)，工作於連續導通模式 (CCM)的條件下，在電源管理應用下，其具有改善互穩壓的現象、降低成本等優點。
    本論文提出將變頻的脈衝頻寬調變模式控制(Variable frequency of PWM)利用於單電感雙輸出電路設計，即根據負載的不同調整頻率，藉此提高功率容限，使得單位時間內所能做的功率得以提高，並且降低兩輸出間的互穩壓現象，此方法能提高兩輸出端間的區隔，當其中一端輸出的負載改變時，對另一端輸出的影響相對較低，使得在適當的電源管理應用下，能夠完成滿足單晶片系統(System –On –Chip)的應用電路設計。
    本論文提出的方法運用單電感雙輸出直流/直流降壓轉換器，並使用台灣積體電路公司三五微米製程模擬與實現，結果顯示電壓可操作範圍為2.7~3.3V，輸出電壓分別為1.2V與1.8V，轉換效率最高可達83%，可應用於單晶片系統。

    A single-inductor dual-output (SIDO) step-down DC-DC converter with continuous conduction mode (CCM) operation is proposed to improve efficiency and reduce cost for power management applications.
    The variable frequency of pulse width modulation (PWM) technique is employed to reduce cross regulation between dual outputs. Through adjusting frequency according to loads, the power and the its margin can be increased. The proposed SIDO converter has been demonstrated with 0.35um CMOS process for a system-on-chip (SoC) design. Besides, the specification of the converter is designed under voltage supply from 2.7V to 3.3V and dual outputs at 1.8V/1.2V.

    摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 iv 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 穩壓器分類 2 1.2.1 線性穩壓器 2 1.2.2 電荷幫浦式穩壓器 3 1.2.3 切換式穩壓器 4 1.3 研究動機及目的 5 1.4 論文架構 6 第二章 文獻回顧 8 2.1 降壓型切換式穩壓器之控制 8 2.1.1 非連續導通(Discontinuous Conduction Mode) 9 2.1.2 連續導通模式(Continuous Conduction Mode) 12 2.2 互穩壓(Cross Regulation) 14 2.3 單電感雙輸出的切換模式 16 2.3.1 單電感雙輸出的非連續導通(DCM for SIDO) 16 2.3.2單電感雙輸出的連續導通模式(CCM for SIDO) 18 2.3.3單電感雙輸出的偽連續導通模式(Psedo-CCM for SIDO) 19 2.3.4能量保存模式(Energy Conservation Mode，ECM) 20 2.3.5恆電流充電自動跳頻控制(Constant-Charge-Auto-Hopping，CCAH) 23 2.3.6單電感雙輸出切換的比較與回顧重點 25 第三章 電路架構原理與設計 27 3.1 設計概念 27 3.1.1設計動機 27 3.1.2設計原理 28 3.2 系統架構 33 第四章 電路實現與模擬分析 35 4.1 穩定參考電壓源 35 4.2 誤差放大器 41 4.3 啟動電路 46 4.4 比較器 49 4.5 遲滯比較電路 52 4.6 求和電路 53 4.7 鋸齒波產生器 55 4.8 電流偵測電路 57 4.9 數位電路控制 58 4.10 停滯時間控制電路與數位緩衝電路 59 第五章 電路製作與量測 60 5.1 穩態的模擬結果 60 5.1.1 穩定度分析 60 5.1.2 預模擬結果 61 5.1.3 後模擬結果 62 5.2 佈局考量 66 5.3量測規劃 67 5.4量測結果 68 5.4.1誤差放大器的量測 69 5.4.2鋸齒波產生器的量測 69 5.4.3功率電晶體切換的量測 70 5.4.4求和電路的量測 71 5.4.5輸出波形的量測 72 第六章 結論與建議 75 6.1 結論 75 6.2 建議與未來展望 75 參考文獻 77

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