近日，南边科技年夜学深港微电子学院副传授詹陈长及清华年夜学长聘传授路延团队于混淆型DC-DC电源治理芯片范畴取患上主要进展，两边结合引导的博士生赵双星提出了一种高效率、具备快速瞬态相应的Buck-Boost（起落压）混淆型DC-DC转换器。相干结果以“A Three-Fine-Level Buck-Boost Hybrid Converter Achieving Half-VIN-Stress on All Switches and Fast Transient Response” [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。该期刊论文是基在2024年2月于ISSCC集会上发表的论文[2]，颠末深切拓展与周全完美后而得到的结果。ISSCC是世界学术界及工业界公认的集成电路设计范畴第一流别集会，被认为是集成电路设计范畴的“芯片奥林匹克年夜会”。本期刊论文于原先集会论文的基础上（详情见新闻报导[3]），增长了对于功率级拓扑的损耗阐发、体系节制级各个模块的事情道理阐发，以和具体的测试成果申明，越发完备地先容了这个设计。

本事情针对于如今遍及利用的锂电池的输出电压治理芯片低效率、慢瞬态相应的问题，提出一种新型拓扑布局，将传统转换器功率管耐压降低为1/2VIN，从而可用低压管来代替高压管，实现更高的转换效率，以和更小的芯片制造成本， 图1展示了锂电池的功率传输特征以和传统的同向Buck-Boost转换器拓扑。

图 1锂电池的功率传输特征及传统的同向Buck-Boost转换器拓扑

图 2(a)品质因素及(b)MOS的导通电阻

图 2 展示了三种差别类型开关管的品质因数与导通电阻随面积变化的环境，从中可较着看出低压管于导通电阻及栅荷系数方面具备显著上风，是以有潜力实现更高的转换效率。同时，针对于传统架构环路带宽遭到右半平面零点影响而难以提高的问题，该布局也取患了有用的改良。

图 3本事情提出的转换器事情状况。(a)Φ1，(b)Φ2，(c)Φ3，(d)Φ4，and(e)三种模式的时序图

图3展示了本事情提出的混淆Buck-boost转换器（3FLBB）功率级拓扑图以和事情时序图。该功率级模块由七个开关管，两个飞电容，一个电感及一个输出电容构成。从事情时序图中可以看出，两个飞电容电压均为1/2VIN，本事情提出的混淆型DC-DC转换器可以或许包管于三种事情模式下（Buck、Boost、Buck-Boost， 降压、升压、起落压），所有的开关管均只耐受1/2VIN的电压。是以，该架构可以或许用更低耐压的开关管来代替传统布局中的5V开关管，于本次实现的设计中，使用了1.8V开关管得到更小的损耗从而提高效率。同时，所提出的新布局是于Buck基础上改良，于是可以或许消失传统Buck-Boost布局中的环路右半平面零点，从而提高瞬态相应速率。

图4芯片照片、效率瞬态相应测试成果

图4展示了本事情的芯片效率、瞬态相应测试成果。本设计采用0.18μm BCD工艺，仅利用工艺中的1.8V低压管，针对于物联网装备中最经常使用的锂电池（电压规模4.2-2.7V），输出固定的3.3V电压，终极实现了98.2%的峰值效率及快速的瞬态相应。

赵双星是上述论文的第一作者，赵双星同窗已经经在本年5月顺遂卒业得到博士学位，并插手了小米公司（上海），担当小米将来星-高级芯片工程师。深港微电子学院詹陈长副传授及清华年夜学电子工程系路延传授为上述论文的配合通信作者。南边科技年夜学为上述论文的第一通信单元；本研究得到了国度天然科学基金委，河套深圳-中国香港科技立异互助区，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。