一种采用串联电容预调节和精细电容重新分配技术的低压CMOS AC-DC转换器，适用于由市电供电的物联网设备

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：A Low-Voltage-CMOS AC–DC Converter With Series-Capacitor Pre-Regulation and Fine-Grained Capacitance Reallocation for Mains-Powered IoT

提出了一种低电压CMOS开关电容AC-DC转换器，采用单级串联电容架构和动态飞电容分配，消除高压中间电路，实现高效（90%）和高功率密度（858 mW/mm3）的电源设计，适用于物联网设备。

　　

摘要：

本文介绍了一种适用于低压（LV）CMOS技术的、具有高功率效率和高面积效率的开关电容器（SC）交流-直流（ac–dc）转换器，专为采用市电供电的物联网（IoT）应用设计。该转换器采用单级串联-电容器架构，并结合精细的预整流调节技术，从而无需使用中间高压（HV）直流电容器或高压直流-直流（HV dc–dc）级，进而降低了产品的体积和成本。通过动态重新分配飞电容（FLY）和输出电容（OUT），以及引入主动源分离操作，该设计实现了电容利用率的优化、整流器导通时间的延长以及输出纹波的抑制，从而提高了转换器的效率并提升了功率密度。此外，该方案允许在整个转换器中使用5伏（5-V）CMOS器件，显著降低了转换损耗和制造成本。文中还开发了详细的电路模型，用于优化所提出的SC ac–dc架构中的电容分配方案。该原型采用180纳米双极-CMOS-DMOS（BCD）工艺制造， active面积为1.71平方毫米，在最大输出功率为9.11毫瓦（9.11mW）时可实现90%的峰值效率，并保持85.6%的效率。其最大系统功率密度达到858毫瓦/立方毫米（858 mW/mm3），支持与小型物联网设备的紧凑集成。该转换器能够适应85至230伏（85–230 V RMS）的通用交流市电输入，并能输出2.6至5伏（2.6–5 V DC）的电压，负载电流最大可达2.4毫安（2.4 mA）。