EMI-Regulated GaN-Based Switching Power Converter With Markov Continuous Random Spread-Spectrum Modulation and One-Cycle on-Time Rebalancing
EMI-Regulated GaN-Based Switching Power Converter With Markov Continuous Random Spread-Spectrum Modulation and One-Cycle on-Time Rebalancing
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具有马尔可夫连续随机扩频调制和单周期准时再平衡功能的 EMI 调节 GaN 开关电源转换器
DOI：
10.1109/jssc.2019.2931439
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发表时间：
2019
影响因子：
5.4
通讯作者：
Ma, D. Brian
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chen, Yingping;Ma, D. Brian
为了满足现代集成系统中严格的电磁干扰（EMI）要求，本文提出了一种工作在8.3 MHz的氮化镓（GaN）基开关电源转换器。它采用马尔可夫连续随机扩频调制（RSSM）技术，扩展EMI频谱几乎均匀，从而有效地衰减EMI水平。另一方面，一个周期的导通时间的再平衡方案的设计，以稳定的占空比的转换器，即使开关频率随机变化，抑制输出电压抖动，而不影响的EMI减少RSSM。采用0.18 μm HV CMOS工艺设计并制作了样机。在标称开关频率8.3 MHz的±10%调制范围内，基频处的峰值EMI从66 dBμV降至35 dBμV，三次谐波处的峰值EMI从62 dBμV降至27 dBμV。同时，RSSM引起的输出电压抖动从240 mV抑制到10 mV以下。该转换器在7.5 W全功率范围的96.6%内实现了60%以上的效率，在6.25 W时的峰值效率为86.8%。
To meet stringent electromagnetic interference (EMI) requirements in modern integrated systems, this article presents a gallium nitride (GaN)-based switching power converter operating at 8.3 MHz. It employs a Markov continuous random spread-spectrum modulation (RSSM) technique to spread EMI spectra almost uniformly, and thus attenuate EMI level effectively. On the other hand, a one-cycle ON-time rebalancing scheme is designed to stabilize the duty-ratio of the converter even if the switching frequency changes randomly, suppressing the output voltage jittering without influencing the EMI reduction by RSSM. A prototype was designed and fabricated using a 0.18-μm HV CMOS process. With ±10% modulation range of a nominal switching frequency of 8.3 MHz, peak EMI is reduced from 66 to 35 dBμV at the fundamental frequency and from 62 to 27 dBμV at the third-order harmonic. In the meantime, the RSSM-induced output voltage jittering is suppressed from 240 to below 10 mV. The converter achieves above 60% efficiency over 96.6% of 7.5-W full power range, with a peak efficiency of 86.8% at 6.25 W.
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