RBCOT架构Buck变换器纹波补偿技术研究与设计

发布时间：2018-04-13 10:26

本文选题：降压变换器 + 固定导通时间　；参考：《西南交通大学》2017年硕士论文

【摘要】：开关电源以其体积小、转换效率高、稳压范围宽的特点被广泛应用于各个领域已有50多年的历史。作为开关电源家族中的重要一员,DC-DC降压型开关电源即Buck变换器一直被广泛应用于生活、工业、军事等领域中。随着科技的进步,电子设备的元件集成度越来越高、功能也越来越复杂,这对其供电芯片的各项指标如输出电压精度、纹波幅度、动态响应速度、稳定性、转换效率等均提出了新的要求。基于纹波控制的恒定导通时间(Ripple-Based Constant On-Time,RBCOT)架构Buck变换器以其结构简单、瞬态响应速度快、轻载效率高的优点越来越多的应用于便携式电子设备供电领域。本文首先对RBCOT架构Buck变换器的背景、意义及其国内外研究历史与现状进行了介绍与分析,对几种传统的控制方式进行了比较,并对RBCOT架构中热点问题和现有解决方案进行了分析与探讨。然后对Buck变换器的工作原理进行了详细讲解,并对其三种工作模式(连续导通模式、断续导通模式、临界导通模式)进行了分析与理论推导。接下来对RBCOT架构Buck变换器工作原理、小信号模型建立方法、稳定性进行了讲解;然后对其补偿参数的设计与现有的纹波补偿电路实现方式进行了详细分析。针对现有补偿方案的不足,本文提出了一种新颖的可以集成在芯片内部的纹波补偿方案。基于描述函数(Describing Function,DF)模型,本文对所提出的纹波补偿方案进行了小信号建模,并对其零极点分布及补偿参数对零极点的影响进行了详细的分析与探讨。不仅推导出了系统稳定性判据,而且对最佳补偿参数值也进行了定义。Simplis仿真结果和PCB实验结果都证明了所建立的系统模型与所推导的系统稳定性判据的正确性。最后,本文基于0.18μmBCD工艺,搭建了所提出的补偿方案的晶体管级电路,将此补偿电路应用于一个完整的RBCOT架构Buck变换器系统中并对整个系统进行了仿真。仿真结果表明,此补偿方案在不增加任何IC外围元件的条件下可明显增强系统稳定性,解决了当使用陶瓷电容等低等效串联电阻(Equivalent Series Resistor,ESR)电容作为输出滤波电容时出现的次谐波振荡问题;并且系统能在保持较小输出电压纹波幅度的前提下具有良好的负载瞬态响应性能。
[Abstract]:This paper introduces and analyzes the principle of the Buck converter , the amplitude of ripple , the speed of dynamic response , the stability and the conversion efficiency of the Buck converter . The results show that the proposed compensation scheme can obviously enhance the stability of the system .

【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM46

【相似文献】