提升效率的CMOS线性辅助DC-DC转换器设计

本文主要探讨了一种线性辅助的DC-DC电压转换器的设计，该设计特别针对低至中等电流消耗的电源系统，旨在提高效率并解决传统线性转换器的局限性。设计的核心理念是结合线性稳压器和开关转换器的优势，以优化性能。 线性辅助稳压器的作用在于消除输出电压的纹波，确保电压稳定性，并能快速响应负载变化。它通过降低串联旁路晶体管的功率消耗来提高效率，尤其是在低负载电流时。然而，传统的线性稳压器效率通常不超过50%，且成本较高，因为它们需要提供全部负载电流。 为了克服这些问题，设计者引入了一个并行连接的开关转换器，它可以在负载需求较大时提供额外的电流，从而减轻了线性稳压器的负担。这样不仅提高了效率，还减少了热损耗，使得电路整体更为节能。 整个DC-DC电压转换器由两个主要部分组成：线性稳压器和开关转换器。线性稳压器部分采用CMOS实现，采用3级运算放大器架构，包括PMOS差分输入对、n-沟道电流镜和多个晶体管，如M23至M27，以实现稳定的电压调节。输出级的B类推挽缓冲器（M26和M27）决定了稳压器的输出电流能力，通过优化W/L比来提升输出性能。 线性辅助设计的关键在于其灵活性和高效性。在没有大输出电容的影响下，即使在宽范围的输出电流下，也能保持输出纹波在可接受的范围内。这样的设计显著改善了传统DC-DC转换器在低效率、高功耗和复杂开关设计方面的不足。 本文介绍的线性辅助DC-DC电压转换器通过巧妙地集成线性稳压器和开关转换器，实现了更高的效率、更好的响应速度和更低的热损耗，为低到中等电流消耗的电源系统提供了理想的解决方案。在现代电子设备，特别是便携式和电池供电设备中，这种设计的应用前景广阔。