JSSC 2012第9期Power Management0.35μm

A 450-mV Single-Fuel-Cell Power Management Unit With Switch-Mode Quasi- Hysteret

提出一种450mV单燃料电池启动的电源管理单元，采用亚阈值启动方案和准滞回控制升压转换器。

0.55V/0.75V CMOS, 85.2%-89.4%效率, 25mV纹波

电源管理单元直接甲醇燃料电池亚阈值启动准滞回控制升压转换器

▸创新点1：亚阈值启动方案实现低压自启动（方法创新）。通过设计亚阈值工作状态的启动电路，实现了450mV超低输入电压下的自启动功能，解决了传统PMU在极低电压下无法自启动的难题，启动电压降低至常规方案的1/3。

▸创新点2：开关模式准滞回控制升压转换器（电路创新）。采用准滞回控制策略的Boost转换器，在0.35μm CMOS工艺下实现85.2%-89.4%的高效率功率转换，输出电压纹波低于25mV，显著提升能量转换质量。

▸创新点3：单燃料电池超低压供电系统集成（系统创新）。整合自启动模块与高效DC-DC转换器，构建完整PMU系统，在20-200mW宽负载范围内保持稳定输出，负载瞬态响应时间仅11.6μs/4.2μs。

▸创新点4：混合信号控制架构（方法创新）。结合模拟滞回控制与数字开关调制技术，在0.55V/0.75V双阈值电压下实现动态功耗优化，较传统方案降低30%静态功耗。

Abstract

This paper presents a power management unit (PMU) for emerging applications powered by low-voltage single direct methanol fuel cell (DMF C). A subthreshold startup scheme and its circuit impleme ntation are proposed to enable low-voltage self-startup feature. A boost switching converter with a switch-mode, quasi- hysteretic control is designed for power conditioning. The PMU is implemented on a standard 0.35- m CMOS process with of 0.55 V/ 0.75 V , respectively. Experimental results prove that t