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电动汽车驱动
★ 4.0
一种适用于高电流密度定制HBM应用的0.6至1.1V 2A死区控制双环路环形放大器LDO
A 0.6-to-1.1-V 2-A Dead-Zone-Based Dual-Loop Ring-Amplifier LDO for High-Current-Density Custom HBM Applications
| 作者 | Yunbeom Hwang · Minkyu Song · Yongkeon Kwon · Junseo An · Jun-Eun Park |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年6月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 环形放大器低压差稳压器 双环调节方案 双环控制机制 动态偏置 负载电流范围 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种环形放大器低压差线性稳压器(RA - LDO),该稳压器可提供高达 2 A 的大负载电流,并能在 0.6 至 1.1 V 的宽输入电压范围内实现超快速瞬态响应。RA - LDO 采用粗 - 细双环调节方案,将高转换速率的粗环形放大器(RA)与高增益的细环形放大器相结合,以实现快速瞬态响应和精确的输出调节。采用基于死区的双环控制机制,利用环形放大器固有的死区来确保稳定运行。为了在宽输入范围内提高功率效率,环形放大器通过辅助低压差线性稳压器实现动态偏置和动态电压缩放。RA - LDO 还能动态调整可插拔的传输门,有效将负载电流范围扩展至 2 A。该稳压器原型采用 40 nm CMOS 工艺制造,有源面积为 0.073 mm²。在输入电压为 0.9 V、输出电压为 0.8 V 的条件下,对于 1 A/ns 的负载阶跃变化,该原型的电压降为 50 mV,建立时间为 32 ns。
English Abstract
This letter presents a ring-amplifier low-dropout regulator (RA-LDO) that delivers a heavy load current of up to 2 A and achieves an ultrafast transient response across a wide input voltage range from 0.6 to 1.1 V. The RA-LDO employs a coarse-fine dual-loop regulation scheme, combining a high-slew-rate coarse ring-amplifier (RA) with a high-gain fine RA to enable both fast transient response and accurate output regulation. A dead-zone-based dual-loop control mechanism is adopted to ensure stable operation by leveraging the inherent dead zones of RAs. To improve power efficiency across the wide input range, the RAs incorporate dynamic biasing and dynamic voltage scaling through an auxiliary low-dropout regulators. The RA-LDO also dynamically adjusts pluggable pass gates, effectively extending the load current range up to 2 A. A prototype was fabricated in a 40-nm CMOS process, occupying an active area of 0.073 mm ^2 . The prototype achieved a voltage droop of 50 mV and a settling time of 32 ns in response to a load step of 1 A/ns at an input voltage of 0.9 V and an output voltage of 0.8 V.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项面向高带宽存储器(HBM)应用的低压差线性稳压器(LDO)技术具有重要的参考价值,特别是在我们的数字化电源管理和高性能储能系统领域。
该技术的核心创新在于环形放大器双环路控制架构,能够在0.6-1.1V宽输入电压范围内提供2A大电流输出,响应速度达到纳秒级(32ns稳定时间)。这种超快瞬态响应能力对阳光电源的应用场景具有直接启发意义:在光伏逆变器和储能变流器的数字控制芯片供电系统中,DSP、FPGA等高性能处理器在负载突变时对电源的瞬态要求极为严苛,该技术的粗-细双环路调节机制可有效抑制电压跌落,提升系统可靠性。
特别值得关注的是其动态偏置和动态电压调节技术,这与阳光电源在宽电压范围工作场景下的效率优化需求高度契合。我们的储能系统需要适应电池宽范围电压变化,该技术通过辅助LDO实现的自适应功耗管理,可为我们的电源管理芯片设计提供借鉴。此外,可插拔功率管技术扩展负载能力的思路,对我们开发模块化、可扩展的电源架构具有参考价值。
然而,该技术目前仍处于学术验证阶段,采用40nm CMOS工艺。阳光电源在实际应用中需要评估其在工业级温度范围(-40至85°C)、高可靠性要求(15-20年寿命)以及电磁兼容性方面的表现。建议我们的研发团队关注该技术在功率器件驱动电路、分布式电源架构中的适配性,探索将其快速响应特性应用于新一代高功率密度逆变器和储能PCS产品中,以进一步提升系统动态性能和能量转换效率。