低于阈值电压启动的自适应死区时间控制Boost转换器

发布时间：2020-06-13 21:38

【摘要】：近年来,无线传感节点网络(WSN)成为一个研究的热点。无线传感节点网络包括了对无线传感节点网络内的能量的获取和管理,以及利用收集到的能量实现信息采集以及与外部网络的通信。在无线传感节点网络中整流器收集到的能量所产生的电压往往较低并且不稳定从而不能直接被后续电路直接利用。这一问题可以通过一个升压型转换器(Boost)进行电源管理从而得以解决。本文设计了一种用于无线传感节点网络内电源管理的升压型转换器。本文先对升压型转换器的基本原理进行了介绍。在此基础上,介绍了升压型转换器的小信号建模以及稳定性分析与补偿。随后详细地介绍了升压型转换器的关键模块电路设计,包括低压启动电路、前馈通路电路、自适应死区时间电路、带隙基准电路、振荡器和误差放大器等。整流器将从无线传感节点网络内获取能量整流并存储于电容上,作为升压型转换器的输入。由于从无线节点网络获取的能量可能很少,转换器的输入电压可能是一个很低的值(可能是几百毫伏),为了使得升压型转换器能在这个低输入电压的前提下启动并正常工作,本文专门设计了相应的低压启动电路。无线传感节点网络内的能量不是一个恒定的值,而是与环境相关,也就是说转换器的输入电压会不断变化。针对这一问题,本文设计了前馈通路电路用于优化转换器的线性瞬态响应(line transient),使得转换器能快速响应输入电压的变化并且稳定工作。此外,本文还设计了自适应死区时间电路用于提高转换器效率。上述电路的设计在本文中都进行了详细的介绍。最后,基于SMIC 0.18μm Mixed-signals CMOS工艺平台,本文对所设计的升压型转换器进行了仿真验证与版图设计。仿真结果表明,输入电压在320mV时转换器可以启动并正常工作。通过前馈通路电路,转换器的线性瞬态响应比传统转换器的线性瞬态响应降低了4%。由于自适应死区时间电路,转换器的峰值效率提高至92.1%。仿真结果表明,本文设计的升压型转换器达到了预期的设计指标,满足了无线传感节点网络中电源管理的要求。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;TP212.9

【参考文献】