基于H桥高效率升压-降压DC-DC转换器设计

近年来，便携式设备如掌上电脑、个人通信设备等电子消费产品得到了飞速发展，这些电子产品均采用锂电池供电。锂离子电池的电压随着充放电状态的改变会发生很大变化，使得电池电压可能高于、也可能低于系统所需电源电压，需要升压/降压DCDC转换器将变化的电池电压转换为稳定的直流电压，实现升压模式与降压模式之间的平滑过渡和提高过渡模式的效率是升压/降压DC-DC转换器研究的热点和难点。

本文首先介绍了H桥升压降压转换器的工作原理与存在的问题。系统在升压和降压转换过程中，会发生跳周期现象，产生较大输出纹波，因此本文提出在该转换模式下，增加H桥非反相工作模式作为过渡模式，以减小系统的输出纹波。在过渡模式下为了得到高的转换效率，因此本文改进H桥非反相工作模式，来提高系统的转换效率。其次，本文推导出H桥升压/降压转换器的三种工作模式包括升压模式、过渡模式、降压模式的小信号模型，用 sisotool工具搭建系统频域模型，确定系统的补偿方案，再用 simulink搭建整个H桥升压降压转換器系统，在三种工作模式下验证补偿方案。最后，本论文采用035 um TSMCCMOS工艺设计H桥升压/降压DCDC转换器，可输入电压范围是2.7-52V，VFB为1.2V，开关频率范围为300KHz-2MHz，输出最大电流为600mA。提取电路网表，在开关频率为1MH条件下，Hspice仿真与分析，从仿真结果上看，当输出电阻分别为R=5.59和R=339重载情况下下，系统在升压模式的转换效率为91%和94%、在升压降压模式的转换效率为75%和83%、在降压模式下转换效为73%和79%，过渡模式下的纹波为30mV：当输出电阻R=509轻载条件下，输入电压分别为2.7V、3.3V、4.2V，系统的转换效率分别为79%、65%、73%

以上结果表明本文所实现的DC电路达到高效、纹波小的要求