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High frequency digitally controlled monolithic step-down DC-DC converters.

机译：高频数控单片降压型DC-DC转换器。

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摘要

In low-power portable applications, there are a lot of power domains. Different power domains require DC-DC converters to generate tightly regulated supply voltages from the available battery voltage. In such applications, efficiency, volume and footprint area occupied by a DC-DC converter are very important.; To reduce the area, possible approaches include (1) monolithic integration, (2) reduction of the external component size, and (3) use of alternative converter topologies. In the thesis, we examine the approaches (1)-(3) with respect to a typical application example having the following specifications: the supply voltage is 2.0 V, the output voltage is 1.0 V, and the load current is up to 200 mA. In addition to the exploration of techniques leading to a small size, we investigate feasibility of digital controller implementations at relatively high switching frequencies.; At first, the approaches (1) and (2) are examined assuming a standard synchronous buck converter. Intuitively, if the power switch is large, the conduction loss decreases but the switching loss increases, and vice versa. So an optimization method of the power-stage is examined, and then we present design of a complete digitally controlled monolithic buck converter operating at 10 MHz switching frequency.; To decrease the inductance further, the approach (3) is examined: a 3-level synchronous buck converter is applied. We present an optimization method of the power-stage, derivation of the small-signal models, and design of a complete digitally controlled monolithic 3-level buck converter. The converter operates with a very small filter inductance at 10 MHz switching frequency.
机译：在低功率便携式应用中，存在许多功率域。不同的电源域要求DC-DC转换器从可用电池电压生成严格调节的电源电压。在这样的应用中，DC-DC转换器占用的效率，体积和占位面积非常重要。为了减小面积，可能的方法包括（1）单片集成，（2）减小外部组件的尺寸以及（3）使用替代转换器拓扑。在本文中，我们针对具有以下规格的典型应用示例研究了方法（1）-（3）：电源电压为2.0 V，输出电压为1.0 V，负载电流高达200 mA 。除了探索导致体积小的技术外，我们还研究了在较高开关频率下实施数字控制器的可行性。首先，假设标准同步降压转换器，研究方法（1）和（2）。直观地，如果功率开关较大，则传导损耗减小，但开关损耗增大，反之亦然。因此，研究了功率级的优化方法，然后提出了一个工作于10 MHz开关频率的完整数控单片降压转换器的设计。为了进一步降低电感，研究了方法（3）：应用了三级同步降压转换器。我们提出了功率级的优化方法，小信号模型的推导以及完整的数控单片3级降压转换器的设计。该转换器在10 MHz的开关频率下以非常小的滤波器电感工作。

著录项

  • 作者

    Takayama, Toru.;

  • 作者单位

    University of Colorado at Boulder.;

  • 授予单位 University of Colorado at Boulder.;
  • 学科 Engineering Electronics and Electrical.
  • 学位 M.S.
  • 年度 2006
  • 页码 180 p.
  • 总页数 180
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 无线电电子学、电信技术;
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