DC-DC开关电源芯片，取得新成果

近日，南方科技大学深港微电子学院詹陈长副教授课题组在DC-DC开关电源芯片领域取得重要突破。课题组博士研究生张年提出了一种具备高轻载效率与隐性隔离侧反馈机制的Fly-buck (飞降压) 型DC-DC转换器。

该研究由南方科技大学深港微电子学院詹陈长副教授团队与茂睿芯（深圳）科技有限公司合作完成。南方科技大学深港微电子学院为论文的第一单位及通讯单位。课题组博士研究生张年为论文的第一作者，詹陈长副教授为论文通讯作者。相关成果以 “A Light-Load Optimized 7–100-V Dual-Output Fly-Buck Converter With an Implicit Feedback of the Isolated Output in DCM” 为题发表在集成电路设计领域顶级期刊《固态电路杂志》(JSSC)上。

Fly-buck转换器能够以较低成本实现一个非隔离输出与多个隔离输出，广泛应用于工业电源、两轮电动车BMS保护板等场景。然而，传统架构为保证隔离侧负载能力，需工作在强制连续导通模式（FCCM）下，即使在轻载条件下仍需保持高开关频率，导致开关损耗大、效率降低。为此，研究团队在论文[1]中提出了一种创新的限制零电流时间的断续导通模式，并结合具有隔离侧输出隐性反馈机制的增强型导通时间发生器，在轻载时显著降低开关频率，提升能效，同时保障了隔离侧负载能力。

该研究的核心改进在于，通过零电流时间控制器限制零电流时间，相较于传统DCM模式，这一措施提升了隔离侧的负载能力；而与FCCM模式相比，则能通过降低开关频率来提高效率。在此基础上，系统采用增强型导通时间发生器（EOTG）实现隔离侧的隐性反馈，在隔离侧输出下降时自适应增大导通时间，进一步增强了隔离侧的带载能力，确保系统在实际应用中的负载需求得到满足。

图1 具有隔离侧隐性反馈的Fly-buck转换器的结构图

图2 不同工作模式的时序图

在48 V输入条件下，实测显示其轻载效率相比FCCM模式最高可提升24%，且在隔离侧负载电流不超过150mA时，输出电压跌落控制在10%以内，处于可接受范围。与DCM模式相比，该设计的隔离侧带载能力已实现了大幅提升。

图 3 (a) 芯片照片；(b) 测试得到的不同零电流时间限制下的转换效率；(c) 测试得到的不同零电流时间限制下的隔离侧输出电压

值得一提的是，詹陈长团队此前在开关电源芯片设计领域也取得过重要进展。南方科技大学和澳门大学联合培养的博士生潘曹磊提出了一种峰值效率95.5% 的Buck-Boost混合转换器以及一种峰值效率95%的Boost转换器。

随着物联网的发展，具有快速响应，高效率以及低输出电压纹波的直流电源转换器受到研究人员的极大关注。传统的Buck-Boost转化器由于其非连续性的输出电流，在响应速度，效率以及输出电压纹波方面都有着一定的劣势。而该研究提出的COCBB转换器，通过飞跨电容的辅助，实现了连续性的电流输出，从而实现了响应速度，效率以及输出电压纹波的提升。

相较于传统的Buck-Boost电路，本设计提出的结构不包含右半平面零点。同时，相较于其他无右半平面零点的转换器，本设计实现了在保持结构较低的复杂度的同时提高转换器的转换比，同时实现了在Buck和Boost模式切换时的单模式操作减小了控制电路的复杂度。本设计的控制电路部分包含了一个模式选择器，PWM控制模块，DCT控制模块，过零电流检测模块(ZCD)，以及逻辑控制模块。