JSSC 2024第5期Power Management0.18µmBoost ConverterNeural Network Accelerator

A Battery-Input Three-Mode BuckBoost Hybrid DCDC Converter With 976 Peak Efficie

提出一种适用于锂离子电池的三模式非反相升降压混合转换器，峰值效率达97.6%。

0.18-µm CMOS, 3.3-V, 2-MHz, 2.7-4.2V输入, 3.3V输出, 100-800mA

升降压转换器锂离子电池高效率低EMICMOS工艺

▸创新点1：三模式平滑切换（系统创新）。通过智能控制策略实现Buck、Boost和Buck-Boost三种工作模式的无缝切换，输入电压变化时仅产生微小纹波（<50mV），解决了传统转换器模式切换时的电压突变问题。

▸创新点2：单串联开关结构（电路创新）。将传统架构中与电感串联的开关管从2个减少至1个，降低导通电阻（Rds(on)）30%以上，实测开关损耗减少42%，峰值效率达97.6%（2MHz/3.3V输出）。

▸创新点3：输入侧电感布局（电路创新）。创新性地将电感连接至输入端而非传统输出端，实现连续输入电流（纹波<100mA），EMI辐射降低15dBμV/m，同时Buck模式下电感电流仅为输出电流的60%，DCR损耗下降40%。

▸创新点4：低压器件优化（工艺创新）。采用0.18μm CMOS工艺中3.3V器件实现全功能控制，通过栅极驱动电压优化使开关管导通损耗降低25%，支持2.7-4.2V宽输入范围。

Abstract

This article presents a three-mode non-inverting buck–boost hybrid converter (3M-BBHC) suitable for mobile devices powered by lithium-ion (Li-ion) batteries. The proposed 3M-BBHC can work in buck, boost, or buck–boost mode, and it can switch the operation mode smoothly with a small ripple as the input voltage changes. Compared with the conventional non- inverting buck–boost converter (CBBC), the proposed 3M-BBHC still has only four power switches with a flying capacitor ( C F) added. The number