基于MEMS驱动器的高集成度耦合电感DC-DC转换器的性能测试

基于MEMS驱动器的高集成度耦合电感DC-DC转换器的性能测试

闫思齐姜苈峰

（1.空军航空大学，吉林长春，130022；2.空军航空大学，吉林长春，130022）

摘要：模拟器对体积和功耗有严格要求限定，为了以最小的占用率达到最大的效率，采用高集成度耦合电感DC-DC转换器[1]，以满足模拟器平显系统的体积和功率要求，并运用0.8μmHVCMOS技术改进功率器件，减少芯片面积。本文对改进后的高集成度耦合电感DC-DC转换器进行性能测试。

关键词：MEMS；HVCMOS

1引言

基于MEMS驱动器模拟器平显系统采用高集成度耦合电感DC-DC转换器，在封装时采用HVCMOS，本文对封装后整体转化器进行性能测试。

2HVCMOS封装效果

图1给出在0.8μmHVCMOS技术下制作的芯片显微镜下效果图。模具活动面积为4.21，其中大部分是由功率开关Q1和电容C1占据的。要测试该电路，模具采用QFN（无引线方形扁平封装），焊接到PCB（印刷电路板）。PCB由一个3.7V电压源供电，由一个3.3V电压源控制器控制。该转换器的输出连接到一个2MΩ电位器，作为静态可调负载。

图1块模显微鉴定图

3性能测试

转换器的输入电压为3.7V，输出电压为200V，波形图如图2所示。转换器的静态负载为100mW，脉动峰峰值为96.8mV，输出电容为100nF。示波器屏幕截图的底部显示Q1在其漏极电压最小时被激活。功能谷开关转换操作使转换器的转换效率达到70.4%，此中还包括了由3.3V电源供电的控制系统的能量消耗。由于实验条件限制，图6所示的低纹波只有当转换器在临近DCM模式和连续导通模式（CCM）下工作时才能实现。当它完全在DCM模式下工作时，的反馈电阻的寄生电容将控制器的带宽限制到大约5kHz，使变换器在突发模式工作，产生低频纹波，在300V时，主侧开关电流设置为最大值，可达到3V的峰峰值。

图2波形图

图3所示为实测转换效率，条件为在150V至300V的输出电压下的突发模式工作，负荷为25mW至500mW。如图所示，所提出的解决方案的实测效率可以与以前的离散解决方案相媲美，但比其他类似的集成解决方案的效率高43.6%。

本文利用0.8μm300VHVCMOS技术工艺的高压能力，优化耦合电感DC-DC变换器的拓扑结构，降低功耗。为了实现最大的变换器效率，增加一个谷开关切换的定时PFM控制器[2]。最后，为了缩小面积，将功率元件集成在模具上。结果表明，尽管集成度很高，但可以与以前的离散解决方案相媲美，也比其他类似的集成解决方案的效率高很多。

图3实测输出效率

参考文献

[1]F.Waldron,etal.,TechnologyRoadmappingforPowerSupplyinPackage(PSiP)andPowerSupplyonChip(PwrSoC),IEEET.onPowerElectronics,vol.28,pp.4137-4145,Sept.,2013

[2]M.WensandM.Steyaert,DesignandImplementationofFully-IntegratedInductiveDC-DCConvertersinStandardCMOS,1sted.,Springer,20