近日，南边科技年夜学深港微电子学院副传授詹陈长及澳门年夜学微电子研究院副传授路延团队互助于电源治理芯片研究的主要分支—DC-DC转换器芯片设计范畴取患上主要进展，两边结合造就的博士生赵双星提出了一种峰值效率97.6% 的Buck-Boost混淆转换器。相干论文结果以“A Battery-Input Three-Mode Buck-Boost Hybrid DC-DC Converter with 97.6% Peak Efficiency”[1]为题发表于集成电路设计范畴顶级期刊《固态电路杂志》（IEEE Journal of Solid-State Circuits, JSSC）上。赵双星是上述论文的第一作者，深港微电子学院詹陈长副传授及澳门年夜学微电子研究院路延副传授为上述论文的配合通信作者，南边科技年夜学深港微电子学院为上述论文的第一单元。

现今社会，智能挪动装备正于愈来愈多地影响咱们的糊口。这些装备年夜多选择锂离子电池作为电源。而这些装备中的年夜大都模块需要3.3 V电源，是以3.3V电压是电池PMIC的典型方针输出电压。但如图1(a)所示，锂电池的输出电压会随电量的变化而变化。以是，非反向的buck-boost成为一个好的选择。可是，传统的buck-boost需要两个开关管同时事情，其就有很年夜的导通及开关损耗。同时，它的电感电流很年夜，也会有很年夜的导通损耗。一些事情经由过程多模式的buck-boost削减了损耗，可是他们模式切换时，会有年夜的过冲或者下冲电压的问题。为相识决以上问题，本事情提出了一个拥有三个事情模式的非反向buck-boost混淆型转换器（3M-BBHC），以削减主路开关数目，降低电感电流的方式来提高效率，以动态的斜坡旌旗灯号来实现光滑的模式切换。

图1.(a)锂电池输出电压随电池容量的变化 (b)本文提出的3M-BBHC的体系架构 (c)动态斜坡旌旗灯号孕育发生电路 (d)芯片照片 (e)差别输入电压下的测试效率

图2. 随输入电压变化，事情模式切换的瞬态相应测试图：（a）从boost到buck-boost,再到buck模式（b）从buck到buck-boost,再到boost模式

图3.差别事情模式下，丈量的输出电流为200 mA的稳态波形：（a）2.7V输入电压的boost模式，（b）3.3V输入电压的Buck-Boost模式,（c）4.2V输入电压的buck模式

如图1(b)所示，这项事情提出了一种拥有三个模式的非反向buck-boost混淆转换器(3M-BBHC)。它包括节制模块，功率模块及片外的电感，飞电容，输出电容。为了削减芯单方面积及寄生电容，于所有电路模块中仅利用3.3V器件。功率模块由四个开关S1,2,3,4构成。于图2的底部，节制电路包罗了斜坡旌旗灯号发生模块，逻辑节制模块，模式选择模块，软启动模块，死区时间天生模块及电平转换模块。该3M-BBHC可以光滑地于buck、boost或者buck-boost模式下切换；于连结四功率开关的条件下添加了飞电容(CF)；将与电感串联的功率管数目从两个（CBBC）削减到1个（3M-BBHC），以减小了导通及开关损耗；将电感放到输入端，于连结3M-BBHC具备持续的输入电流的条件下得到较小的EMI。此外，于buck模式下，其电感电流老是小在输出电流，这会降低电感直流电阻（DCR）的导通损耗。

如图1(c)所示，为了提高模式切换的机能，本文提出了一个动态斜坡孕育发生电路。图2展示了随输入电压变化，事情模式切换的瞬态相应测试图。可以看到，3M-BBHC实现了光滑的模式切换。图3展示了三个事情模式的稳态波形。图1(d)及图1(e)别离展示了芯片照片及差别输入电压下的测试效率。本文实现了最高97.6%的效率。

于集成电路芯片设计范畴，IEEE JSSC是国际知名的顶级期刊，为中科院分区一区期刊，以严苛的审稿历程、极具立异的芯片设计、周全而深刻的理论阐发著称，是本事域科学家、工程师等研发职员的主要参考文献来由。

本项目研究得到了国度天然科学基金委，深圳市科创委，澳门尤其行政区科技成长基金以和企业横向课题的经费资助。

参考文献

[1] S. Zhao, C. Zhan and Y. Lu, A Battery-Input Three-Mode Buck–Boost Hybrid DC–DC Converter With 97.6% Peak Efficiency, in IEEE Journal of Solid-State Circuits（IEEE, JSSC），Early Access. https://doi.org/10.1109/JSSC.2023.3320200