[发明专利]一种基于异质集成的新型全集成升压dc/dc转换器

说明书

本发明公开基于异质集成的新型全集成升压dc/dc转换器，片上集成电路由驱动放大器S_D、电感L_D、L₁、L_r、功率开关管S₁、电容C_S、C_D1、C_D2、二极管D₁、D₂构成；驱动放大器S_D基极接输入RF_in，集电极接电感L_D，发射极接地，电感L_D另一端接电源V_dd，功率开关管S₁基极接驱动放大器S_D集电极，功率开关管S₁集电极接电感L₁、电感L_r、电容C_S一端，电感L₁另一端接电源V_in，电容C_S另一端接功率开关管S₁发射极后接地，电感L_r另一端接二极管D₁、二极管D₂一端，二极管D₁另一端接地，二极管D₂另一端作为片上集成电路输出端。本发明实现了谐振式功率转换器在Si基芯片上的全集成。

技术领域

本发明涉及电源管理芯片技术领域，特别是涉及一种基于异质集成的新型全集成升压dc/dc转换器。

背景技术

提高电源管理设备的功率密度和集成度一直是中小型用电设备关注的问题。由于摩尔定律的限制，对于同衬底的电源系统。减小电源管理芯片的面积必然导致输出功率的降低，这是因为受限于互联金属最大电流密度和功率晶体管的漏极电压电流积。提高开关电源的开关频率是减小系统体积的有效方法，因为开关电源中的无源元件(电感，电容)都与开关频率呈反比例关系，但开关频率的提高会导致传统的硬开关升/降压结构变换器的开关功率损耗增大，因为功率管寄生电容充放电的频率也随着开关频率的提高而变快了从而导致开关转换过程漏极电压/电流交叠更加严重。谐振模式功率变换器被多次证明可在较高开关频率保持高效功率传输，因为谐振变换器中的电流为正弦或几个正弦的叠加，开关管的电压、电流可以设计成互不交叠的工作，称为“零电压开关”或“零电流开关”，于是大大减小了开关损耗。

目前几十兆赫兹开关频率的谐振式转换器可在印刷电路板上制造，采用分立的有源/无源器件，整体功率密度低于20mW/mm2。当开关频率增加到几百兆赫兹，无源器件可集成在高阻硅衬底(IPD平台)上，系统功率密度可达到40mW/mm2。对于更高频率实现方案，可实现很高的集成度，将全部器件平面集成在Si基芯片上，但输出功率一般低于1W，且只能工作在较低电压工况。

因此，如何提高电源管理芯片的集成度且同时保持较高功率输出成为了下一代功率电子技术面临的关键问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于异质集成的新型全集成升压dc/dc转换器，实现了谐振式功率转换器在Si基芯片上的全集成，且该转换器可实现宽负载范围内高效率工作，具有较大的输出功率。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：