JSSC 2024第4期Power Management180nmBuck Converter

An Outphase-Interleaved Switched-Capacitor Hybrid Buck Converter With Relieved C

提出一种相位交错混合降压转换器，缓解电容充电电流并提升效率。

180nm CMOS, 1.8-3.3V输入, 0.8-1.8V输出, 峰值效率97.3%, 电流密度585mA/mm³

降压转换器开关电容相位交错门驱动方案高效率

▸创新点1：相位交错SC单元延长CF平衡相位（方法创新）。通过提出的outphase-interleaved SC拓扑，显著延长了飞跨电容(CF)的电荷平衡相位，同时不干扰电感器的伏秒平衡(VSB)，有效解决了传统SC双路/多路(DP/MP)混合降压转换器在极端占空比下CF浪涌电流急剧增加的问题。

▸创新点2：全片上门驱动方案减少振铃（电路创新）。采用面积效率高的全片上门驱动方案，结合共享电荷泵(CP)，确保全NMOS功率开关的正确操作，显著降低了栅极驱动路径的振铃现象，提升了系统的稳定性和效率。

▸创新点3：不依赖输出电容的正常操作（系统创新）。该拓扑设计实现了无需依赖输出电容(COUT)的正常操作，从而提高了转换效率和功率密度，支持负载电流从0.05到3.1 A的宽范围变化，输入电压1.8–3.3 V转换为输出电压0.8–1.8 V。

▸创新点4：高效率和功率密度（性能创新）。在180-nm CMOS工艺下实现，芯片面积为7.63 mm²，峰值转换效率达到97.3%，整体峰值电流密度为585 mA/mm³，效率为90.1%，展现了卓越的性能和紧凑的设计。

Abstract

This article presents an efficient buck converter design using the proposed outphase-interleaved hybrid switched- capacitor (OISC) topology. The outphase-interleaved switched- capacitor (SC) cells significantly extend the CF charge-balancing phase without disturbing the inductor volt-second balance (VSB), while doubling the effective inductor switching frequency for reduced current ripple. As a result, it addresses the intrinsic issue of sharply increased flying capacitor ( CF) inrush current in