低功率无线充电系统的驱动芯片的设计研究

低功率无线充电系统的驱动芯片的设计研究本论文以低功率无线充电驱动芯片为研究重点,设计了一款基于Qi(A11)标准的驱动芯片。主要围绕低功率无线充电系统发射功率的分析及其驱动芯片的设计展开,详细论述了低功率无线充电系统的基本原理和应用标准,在数学层面分析了频率和占空比两个主要参数对低功率无线充电发射功率的影响,在此基础上完成了系统关键模块电路的设计与仿真,最后完成其版图设计。本文的主要工作及创新如下:1)低功率无线充电系统发射功率调整分析中,频率和占空比的数学分析并未采用阻抗向量角的推导方式,而是结合无源电容、电感的伏安特性与谐振变换器化简并统一不同工作状态下的电路表现,得到了更利于直观参考的数学模型。

2)设计了一款带有新型摆率增强电路的无片外电容LDO电路,该LDO在保持低静态电流和无片外电容的条件下,并未采用传统外接电容或者提高LDO系统带宽的优化方式,最终实现了较好的稳定性和瞬态特性。本论文所设计的LDO在温度范围85~40??-CC下,工艺角仿真的静态电流小于9.983?A;压差为200mV;线性调整率小于%0.25V;负载调整率小于%94.3A;电源抑制比大于25dB;在10ns上升下降时间的仿真条件下,瞬态恢复时间小于3.51?s,瞬态过冲电压小于214mV。3)本文采用Tsmc 18.0?m Mixed-signal工艺设计了一款符合Qi(A11)标准并应用于低功率无线充电系统的驱动芯片,其输入采用六位数字控制信号,输出相位角为180?。

频率范围为Hz 205~110kHk z,步进约为0645.3kHz,频率精度达标率100%。输出占空比范围为%50~%10,步进约为.29%1,占空比误差小于%1。在5V电源电压下最大功耗电流为02.10mA。

针对传统低功率无线充电驱动芯片架构,本文使用差分环形振荡器代替单端输出振荡器,采用了新型的芯片模块架构,无需对输出振荡信号进行相位差锁定,减少了芯片的设计难度及成本。