[發(fā)明專利]一種基于異質(zhì)集成的新型全集成升壓dc/dc轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110699133.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN113452249B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉子恒;孟凡易
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/155
• 分類號(hào): H02M3/155;H02M1/00;H02M1/08
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發(fā)明公開基于異質(zhì)集成的新型全集成升壓dc/dc轉(zhuǎn)換器，片上集成電路由驅(qū)動(dòng)放大器S_D、電感L_D、L₁、L_r、功率開關(guān)管S₁、電容C_S、C_D1、C_D2、二極管D₁、D₂構(gòu)成；驅(qū)動(dòng)放大器S_D基極接輸入RF_in，集電極接電感L_D，發(fā)射極接地，電感L_D另一端接電源V_dd，功率開關(guān)管S₁基極接驅(qū)動(dòng)放大器S_D集電極，功率開關(guān)管S₁集電極接電感L₁、電感L_r、電容C_S一端，電感L₁另一端接電源V_in，電容C_S另一端接功率開關(guān)管S₁發(fā)射極后接地，電感L_r另一端接二極管D₁、二極管D₂一端，二極管D₁另一端接地，二極管D₂另一端作為片上集成電路輸出端。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了諧振式功率轉(zhuǎn)換器在Si基芯片上的全集成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電源管理芯片技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于異質(zhì)集成的新型全集成升壓dc/dc轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

提高電源管理設(shè)備的功率密度和集成度一直是中小型用電設(shè)備關(guān)注的問題。由于摩爾定律的限制，對(duì)于同襯底的電源系統(tǒng)。減小電源管理芯片的面積必然導(dǎo)致輸出功率的降低，這是因?yàn)槭芟抻诨ヂ?lián)金屬最大電流密度和功率晶體管的漏極電壓電流積。提高開關(guān)電源的開關(guān)頻率是減小系統(tǒng)體積的有效方法，因?yàn)殚_關(guān)電源中的無源元件(電感，電容)都與開關(guān)頻率呈反比例關(guān)系，但開關(guān)頻率的提高會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的硬開關(guān)升/降壓結(jié)構(gòu)變換器的開關(guān)功率損耗增大，因?yàn)楣β使芗纳娙莩浞烹姷念l率也隨著開關(guān)頻率的提高而變快了從而導(dǎo)致開關(guān)轉(zhuǎn)換過程漏極電壓/電流交疊更加嚴(yán)重。諧振模式功率變換器被多次證明可在較高開關(guān)頻率保持高效功率傳輸，因?yàn)橹C振變換器中的電流為正弦或幾個(gè)正弦的疊加，開關(guān)管的電壓、電流可以設(shè)計(jì)成互不交疊的工作，稱為“零電壓開關(guān)”或“零電流開關(guān)”，于是大大減小了開關(guān)損耗。

目前幾十兆赫茲開關(guān)頻率的諧振式轉(zhuǎn)換器可在印刷電路板上制造，采用分立的有源/無源器件，整體功率密度低于20mW/mm2。當(dāng)開關(guān)頻率增加到幾百兆赫茲，無源器件可集成在高阻硅襯底(IPD平臺(tái))上，系統(tǒng)功率密度可達(dá)到40mW/mm2。對(duì)于更高頻率實(shí)現(xiàn)方案，可實(shí)現(xiàn)很高的集成度，將全部器件平面集成在Si基芯片上，但輸出功率一般低于1W，且只能工作在較低電壓工況。

因此，如何提高電源管理芯片的集成度且同時(shí)保持較高功率輸出成為了下一代功率電子技術(shù)面臨的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種基于異質(zhì)集成的新型全集成升壓dc/dc轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了諧振式功率轉(zhuǎn)換器在Si基芯片上的全集成，且該轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)寬負(fù)載范圍內(nèi)高效率工作，具有較大的輸出功率。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：