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目录

译者序

原书前言

致谢

作者简介

第1章引言1

11摩尔定律1

12工艺发展的影响： 05μm~28nm的电源管理芯片1

121MOSFET结构1

122晶体管的尺度效应6

123漏电流功耗8

13先进工艺产品中电源管理集成电路的挑战12

131多阈值电压工艺12

132性能优化13

133与版图有关的邻近效应16

134对电路设计的影响17

14电源管理模块中的基本定义18

141负载调整率18

142瞬态电压变化19

143传输损耗和开关损耗20

144功率转换效率21

参考文献21

第2章低压差线性（LDO）稳压器设计23

21LDO稳压器的基本结构24

211传输器件的类型26

22补偿技术28

221极点分布29

222零点分布和右半平面零点34

23LDO稳压器设计考虑36

231电压差36

232效率38

233线性/负载调整率39

234负载电流突变引起的瞬态输出电压变化40

24模拟LDO稳压器43

241主极点补偿的特性43

242无电容结构特点48

243低电压无电容LDO稳压器的设计54

244在多级无电容LDO稳压器中通过使用电流反馈补偿减少最小负载电流限制57

245具有前馈通路和动态增益调整的多级LDO稳压器65

25LDO稳压器的设计指导70

251仿真提示和结果分析71

252在交流分析仿真中打破闭环的方法72

253具有主极点补偿的LDO稳压器的仿真实例74

26数字LDO稳压器设计82

261基本数字LDO稳压器83

262具有网格异步自定时控制（LASC）技术的数字LDO稳压器85

263动态电压缩减（DVS）88

27具有模拟动态电压缩减（ADVS）技术的开关数字/模拟低压差线性（D/A-LDO）

稳压器98

271ADVS技术98

272可切换的D/A-LDO稳压器101

参考文献107

第3章开关电源稳压器的设计109

31基本概念109

32控制方法与工作原理概述112

33开关稳压器的小信号模型与补偿方法117

331电压模式开关稳压器的小信号建模117

332闭环电压模式中开关稳压器的小信号建模121

333电流模式开关稳压器的小信号建模136

参考文献153

第4章基于纹波的控制技术（第1部分）154

41基于纹波控制的基本拓扑结构154

411迟滞控制157

412导通时间控制159

413关断时间控制163

414具有峰值电压控制和波谷电压控制的恒定频率技术165

415基于纹波控制拓扑结构总结166

42导通时间控制型降压转换器的稳定标准168

421稳定性判据的推导168

422输出电容的选择179

43采用小阻值RESR的多层陶瓷电容设计技术182

431采用附加斜坡信号183

432采用额外的电流反馈通路184

433具有附加电流反馈通路的导通时间控制模式的比较232

434采用纹波整形技术补偿小阻值RESR234

435纹波整形功能的实验结果239

参考文献246

第5章基于纹波的控制技术（第2部分）247

51增强电压调整性能的设计技术247

511直流电压调整精度247

512用于纹波控制的电压二次方结构247

513采用附加斜坡或者电流反馈通路的电压二次方实时控制技术251

514采用小阻值RESR的电压二次方结构中的比较器253

515采用小阻值RESR的具有二次微分和积分技术的基于纹波控制技术261

516鲁棒性强的纹波调整器269

52对于开关频率变化降低电磁干扰的分析271

521反馈信号抗干扰能力的提高273

522旁路通路对反馈信号高频噪声的滤波273

523锁相环调制器技术275

524不同vIN、vOUT、iLOAD情况下频率变化的分析276

525用于伪恒定fSW的自适应导通时间控制器286

53用于伪恒定fSW的最优化导通时间控制器293

531导通时间控制的优化算法294

532具有等效vIN和vOUT,eq的Ⅰ型最优化导通时间控制器294

533具有等效vDUTY的Ⅱ型最优化导通时间控制器302

534频率钳位器304

535不同导通时间控制器的比较304

536最优化导通时间控制器的仿真结果305

537最优化导通时间控制器的实验结果309

参考文献313

第6章单电感多输出转换器315

61单电感多输出转换器的基本拓扑结构315

611结构316

612交叉调整316

62单电感多输出转换器的应用317

621片上系统317

622便携式电子系统318

63单电感多输出转换器的设计指导319

631能量传输通路319

632控制方法分类327

633设计目标329

64用于片上系统的单电感多输出转换器331

641电感电流控制中的叠加定理331

642双模能量传输方法333

643能量模式转换334

644自动能量旁路337

645瞬态交叉调整的消除338

646电路实现342

647实验结果351

65平板电脑应用中的单电感多输出转换器技术361

651单电感多输出转换器中的输出独立栅极驱动控制361

652单电感多输出转换器中的连续导通模式/绿色模式相对忽略能量控制369

653单电感多输出转换器中的双向动态斜率补偿378

654电路实现383

655实验结果390

参考文献404

第7章基于开关的电池充电器406

71引言406

711纯充电状态409

712直接供电状态409

713断开状态410

714充电和供电状态410

72基于开关的电池充电器的小信号分析411

73闭环等效模型416

74采用PSIM进行仿真423

75涡轮加速升压充电器428

76内置电阻对充电器系统的影响432

77设计实例：连续内建电阻监测436

771连续内建电阻监测的操作436

772连续内建电阻监测的电路实现438

773实验结果442

参考文献444

第8章能量收集系统445

81能量收集系统概述445

82能量收集源447

821振动电磁换能器449

822压电发电机451

823静电能量发生器451

824风力发电装置453

825热电式发电机454

826太阳电池456

827磁线圈457

828射频/无线460

83能量收集电路461

831能量收集电路的基本概念461

832交流电源能量收集电路464

833直流电源能量收集电路469

84最大功率点跟踪471

841最大功率点跟踪的基本概念471

842阻抗匹配471

843电阻模拟473

844最大功率点跟踪方法474

参考文献479

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前言/序言

在过去的30年中，随着便携式以及可穿戴式电子设备进入千家万户，电源管理技术的重要性日益增强。如果电池寿命和电源转换效率能够大幅度提高，理解电源管理电路的设计细节，诸如低压差线性（LDO）稳压器、开关电源稳压器、开关电容设计等则是十分重要的。虽然我们可以在很多讲述模拟电路或者电力电子的书籍中找到相关电路，但读者很难获得完整的电源管理电路设计细节。所以，我研究了近年来与电源管理设计相关的资料，并撰写了本书。

电源管理集成电路设计中包含了低压器件和高压器件。本书的主要特点就是详细介绍了低压和高压电源管理电路的设计。此外，本书的目的之一是使读者在设计之初就理解工艺发展的趋势和应用需求。本书的数学分析较为简单，因为从我的观点来看，读者理解电源管理电路的功能更重要。在此基础上，读者可以分析整个电源系统，并推导出复杂的数学结果。所以，在本书中我采用了许多容易理解的示意图，来使读者明白为什么要进行电源管理，而电源管理又是如何实现的。虽然读者在其他书籍中也可以通过推导公式来进行理解，但如果他们通过灵感而不是公式来设计并实现他们的构思，我想这会有意思得多。因为数字技术和模拟技术的结合可以有效提升片上系统中电源管理电路的性能，所以本书还介绍了数字和模拟设计技术。

我在台湾交通大学和台湾的工业界教授过本书中的许多内容。在传输给读者之前，这些内容的顺序、格式以及内容都经过了仔细的推敲。比较遗憾的是，很多内容并没有包含在本书中。然而，我鼓励读者能够将本书的设计思想应用于类似的电源管理设计中。在书中我还给出了一些设计指导，使读者能够明晰每个设计的目标。