An 18 V Input 10 MHz Buck Converter With 125 ps Mixed-Signal Dead Time Control

Wittmann, Juergen; Barner, Alexander; Rosahl, Thoralf; Wicht, Bernhard

doi:10.1109/jssc.2016.2550498

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“…There are various non-isolated methods proposed in recent years to realise high conversion ratio such as the series-capacitor buck converter, multilevel buck converters and seven-switch flying capacitor multilevel buck converter, which are introduced in [14][15][16][17][18][19][20]. They are suitable for relative low voltage (e.g.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

“…Since high step‐down ratio converters include quite a wide range of input voltage, and may adopt various topologies, process and operation frequency, we choose several non‐isolated converters and engage a figure‐of‐merit (FOM) for step‐down ratio to give more uniform comparison, as shown in (12), which is reported in [23] and can offer trade‐off between f SW , V IN and V OUT

FOM = f_{SW} \cdot \frac{V_{IN}}{V_{OUT}} \cdot V_{IN}

Table 2 shows a comparison with prior arts [17–20]. It can be observed that new complex topologies have advantages to achieve high efficiency, especially with high switching frequency, because multiple power switches can reduce switching loss caused by high V IN .…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

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Fully integrated high‐efficiency high step‐down ratio DC–DC buck converter with predictive over‐current protection scheme

Wang¹,

Zhao²,

Wu³

et al. 2017

IET Power Electronics

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A high-efficiency fully integrated 36 V-3 A stepping down DC-DC converter with high step-down ratio and predictive over-current protection scheme is introduced. To achieve high-voltage conversion ratio, emulated current mode and dedicated current sensing circuits were involved. A novel predictive over-current scheme is proposed to overcome inherent lack of emulated current-mode control and provide fast response to over-current events. In addition, due to N-type field effect transistor (NFET) was adopted to improve efficiency, a floating rail regulator is presented to generate bootstrapped voltage for driver stage. The proposed converter was simulated and fabricated in 0.18 μm bipolar-complementary metal-oxide-semiconductor (MOS)-double-diffused MOS process. Experimental results show the features work well, and with 35 ns minimum on-time, this converter can convert up to 36 V input voltage to 1.8 V at 1 MHz switching frequency with single stage and compact solution. Measured peak efficiency is 89.5% and over 80% efficiency for 3 A output current is realised as well.

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Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

FOM = f_{SW} \cdot \frac{V_{IN}}{V_{OUT}} \cdot V_{IN}

Section: Resultsmentioning

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Fully integrated high‐efficiency high step‐down ratio DC–DC buck converter with predictive over‐current protection scheme

Wang¹,

Zhao²,

Wu³

et al. 2017

IET Power Electronics

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“…4, according to its fixed source-terminal voltage at VOUT. The designed converter adopts a voltage-mode pulse-width modulation (PWM) strategy for its closed-loop load regulation control with variable clock dead-time generation [28,29] to attain ZVS operation in lighter loading conditions. The variable clock dead-time generator consists of two 3-bit digital multiplexers for fine-grained dead-time adjustment.…”

Section: Proposed Topologymentioning

confidence: 99%

A 12V-to-1V switched-capacitor-assisted hybrid converter with dual-path charge conduction and zero-voltage switching

Zhang

Yang

et al. 2021

IEICE Electron. Express

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This paper proposes a direct 12V-to-1V hybrid converter using a switched-capacitor-assisted (SCA) topology, featuring dual-path output current conduction to lower the inductor current. In contrast to the existing dual-path structures, the proposed topology realizes a high step-down conversion with efficiency improvement in heavy-load conditions. Besides, the converter further achieves an efficiency boost in light-load conditions using zero-voltage switching. Designed in a 180-nm SOI BCD process, the proposed converter regulates an output of 0.7~1.3V from a 12-V input with a peak efficiency of 92%. Under a loading current of 2A, it attains an efficiency over 84% at the 1-V output. Compared with the conventional buck, it achieves an improvement of 9.8% in peak efficiency and 13.6% in maximum-loading efficiency.

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“…To overcome these challenges, digital control technique with generated adaptive DT is proposed. However, a high circuit complexity is involved (Wittmann et al, 2016). A near-optimal DT control is reported (Lee et al, 2011), however the long delay in sensing loop limits its use to low f PW M applications.…”

Section: Gate Driver For Gan In Literaturementioning

confidence: 99%

A High Voltage Multi-Purpose On-the-fly Reconfigurable Half-Bridge Gate Driver for GaN HEMTs in 0.18-μm HV SOI CMOS Technology

Aimaier²,

Alameh

et al. 2020

2020 18th IEEE International New Circuits and Systems Conference (NEWCAS)

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En raison de vitesses de commutation plus élevées, de faible résistance à l'état passant et de taille miniaturisée en comparaison avec des contreparties en silicium, l'utilisation de transistors de puissance à base de nitrure de gallium (GaN) est de plus en plus courante dans les circuits de puissances modernes. Avec des figures de mérite supérieures, les convertisseurs de puissance utilisant des dispositifs GaN peuvent fonctionner à des fréquences de commutation élevées. Cela se traduit par des dimensions plus petites, une efficacité supérieure et une réduction du coût du système. La redondance et la reconfigurabilité sont souhaitables dans les applications critiques pour la sécurité telles que les systèmes automobiles et aérospatiaux. Ces derniers fonctionnent dans des conditions difficiles nécessitant un niveau élevé de flexibilité et une grande fiabilité. Ce mémoire présente un circuit de pilotage de grille pour un tel système d'alimentation reconfigurable. Destiné à être au coeur d'un système d'alimentation haute tension (HT) programmable et flexible, le pilote de grille présenté dans ce travail est capable de commander une large gamme de dispositifs GaN de différentes tailles. Cela est accompli en ayant un mécanisme configurable de vitesse de mis-à-on et mis-à-off. Cette fonctionnalité élimine le besoin de résistances de grille discrètes. Elle permet donc des conceptions de circuits plus denses, telles que l'intégration de système dans un boîtier (SiP-system-in-package). Dans un tel système les pilotes de grille, les dispositifs GaN et d'autres circuits intégrés de commande sont placés sur le même interposeur. La vitesse configurable de mis-à-on et de mis-à-off reconfigurable permet également de réduire les interférences électromagnétiques (EMI). Cela est important dans les applications critiques pour la sécurité. Une structure uniforme d'unités de commutation en demi-pont est proposée. Cette dernière permet une reconfigurabilité du fonctionnement du système avec une variété de topologies possibles à l'aide d'un grand nombre de cellules de commutation. Le pilote de grille exige un circuit de décalage de niveau de 200 V intégré. Ce circuit utilise une technique d'annulation de bruit en mode commun, ayant fait l'objet d'une étude approfondie. En utilisant cette technique dans une technologie HT SOI (silicium sur isolant), une immunité à une variation de bruit (CMTI) de 80 V/ns est obtenue. Le pilote de grille a un temps mort configurable allant de 5 ns à 60 ns. Ce temps mort configurable minimise les pertes dues à la conduction par mécanisme de «diode de corps» des transistors GaN pendant la période de conduction en roue libre pour différents profils de charge. Toutes les configurations sont programmées à travers un registre à décalage. Le circuit de pilotage de grille a été fabriqué avec le procédé SOI de 200-V 0,18-μm (XFAB XT018). Les résultats expérimentaux montrent que la puce peut piloter les transistors GaN ciblés de la plus petite à la plus grande taille aux vitesses de mis-à-on et mis-à-off souhaitée...

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An 18 V Input 10 MHz Buck Converter With 125 ps Mixed-Signal Dead Time Control

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A High Voltage Multi-Purpose On-the-fly Reconfigurable Half-Bridge Gate Driver for GaN HEMTs in 0.18-μm HV SOI CMOS Technology

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