一种快速响应COT控制的BUCK变换器的研究与设计
发布时间：2021-01-07 11:07
随着产业升级和智能制造的不断推进,各种电子设备形态不断减小,其背后的实质是不断增强的硬件处理能力和装备制造能力。其中,电源管理集成电路是一类重要的硬件装备,其为各个硬件系统集中统一供应电能。COT控制的Buck变换器是一种具备优秀瞬态响应能力的降压式变换器,尤其适合压差变换大、负载多变的复杂应用环境。本文通过对基本Buck变换器稳态特性和动态特性的分析,深入研究了其各项性能指标和动态响应过程;基于COT模式下的大信号负载瞬态响应的研究,提出了多种快速响应技术,并将其应用于Buck芯片设计中,最终的仿真和测试结果表明所设计的Buck芯片具备优秀的动态快速响应能力。本文提出了多种适用于COT控制的Buck变换器的快速响应方案。其中,快速响应Ton和Toffmin技术是通过负载阶跃发生时来增大瞬时Ton值和减小瞬时Toffmin值以实现更大的瞬态开关占空比,可有效提高Buck系统从轻载往重载阶跃时的响应速度;针对Buck系统从重载往轻载阶跃的应用场景,本文提出了适用于低压输出的体二极管续流技术和适用于高压...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复极点对Bode图（f=500kHz，Q=2/π）
耗分析可知，功率管的损耗主要包括导通损耗、栅驱动损耗和交流损耗。每秒导通损耗的计算公式为如式（4-1）所示，其中D为占空比。()2conductiononloadP=DRI（4-1）每秒栅驱动损耗和交流损耗的计算公式如式（4-2）所示。22_[()()]AClossswgsongdonDDgdoffdsoffinP=FC+CV+C+CV（4-2）式（4-2）中，Fsw为开关频率，VDD为功率管的驱动电压，Vin为系统的功率输入电源电压。因为导通损耗反比于功率管宽长比W/L，栅驱动损耗和交流损耗正比于功率管宽长比W/L，因此功率管的损耗在二者相等时达到最低。图4-2功率管损耗计算电路图本项目中的常见的应用状态是Vin=15V，Vout=1.2V，Iload=2A，因此我们根据该状态来设计功率管尺寸，使其达到效率最佳，同时我们选取功率管的驱动电压为最高的5V，这样可以减小功率管的导通电阻。搭建如图4-2所示拓扑，功率管的开启状态从左到右分别为，开态、关态、开态、关态，同时前两个模拟上管开关，后两个模拟下管开关，这样可以得到不同状态寄生电容所存储的能量大校
电子科技大学硕士学位论文50在仿真器中写入相应的损耗计算公式，并对功率管元胞的栅宽进行参数扫描，如图4-3所示。图4-3功率管最佳效率点仿真器设置由于所需要的功率管尺寸较大，我们的功率管元胞设置为10000×（W/L0），其中W为功率管元胞的栅宽，L0为功率管元胞的栅长。对W进行参数扫描，功率上管扫描计算结果如图4-4所示，可以看到PDC反比于W，PAC正比于W，在二者相近时，总功耗Ptotal最小，最终选择功率上管的元胞栅宽W=105.25μm，此时功率上管的总损耗约为118.7mW，导通电阻Ron为2.55mΩ，功率上管的栅源寄生电容约为2.1nF。图4-4功率上管损耗扫描图
【参考文献】：
硕士论文
[1]具有快速瞬态响应BUCK变换器的环路研究与设计[D]. 何烨.电子科技大学 2017
[2]浮动栅宽与栅压Buck变换器研究与设计[D]. 周才强.电子科技大学 2016
[3]轻负载下BUCK电路的模式控制和分段技术研究与设计[D]. 陈剑洛.电子科技大学 2014
本文编号：2962453
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复极点对Bode图（f=500kHz，Q=2/π）
耗分析可知，功率管的损耗主要包括导通损耗、栅驱动损耗和交流损耗。每秒导通损耗的计算公式为如式（4-1）所示，其中D为占空比。()2conductiononloadP=DRI（4-1）每秒栅驱动损耗和交流损耗的计算公式如式（4-2）所示。22_[()()]AClossswgsongdonDDgdoffdsoffinP=FC+CV+C+CV（4-2）式（4-2）中，Fsw为开关频率，VDD为功率管的驱动电压，Vin为系统的功率输入电源电压。因为导通损耗反比于功率管宽长比W/L，栅驱动损耗和交流损耗正比于功率管宽长比W/L，因此功率管的损耗在二者相等时达到最低。图4-2功率管损耗计算电路图本项目中的常见的应用状态是Vin=15V，Vout=1.2V，Iload=2A，因此我们根据该状态来设计功率管尺寸，使其达到效率最佳，同时我们选取功率管的驱动电压为最高的5V，这样可以减小功率管的导通电阻。搭建如图4-2所示拓扑，功率管的开启状态从左到右分别为，开态、关态、开态、关态，同时前两个模拟上管开关，后两个模拟下管开关，这样可以得到不同状态寄生电容所存储的能量大校
电子科技大学硕士学位论文50在仿真器中写入相应的损耗计算公式，并对功率管元胞的栅宽进行参数扫描，如图4-3所示。图4-3功率管最佳效率点仿真器设置由于所需要的功率管尺寸较大，我们的功率管元胞设置为10000×（W/L0），其中W为功率管元胞的栅宽，L0为功率管元胞的栅长。对W进行参数扫描，功率上管扫描计算结果如图4-4所示，可以看到PDC反比于W，PAC正比于W，在二者相近时，总功耗Ptotal最小，最终选择功率上管的元胞栅宽W=105.25μm，此时功率上管的总损耗约为118.7mW，导通电阻Ron为2.55mΩ，功率上管的栅源寄生电容约为2.1nF。图4-4功率上管损耗扫描图
【参考文献】：
硕士论文
[1]具有快速瞬态响应BUCK变换器的环路研究与设计[D]. 何烨.电子科技大学 2017
[2]浮动栅宽与栅压Buck变换器研究与设计[D]. 周才强.电子科技大学 2016
[3]轻负载下BUCK电路的模式控制和分段技术研究与设计[D]. 陈剑洛.电子科技大学 2014
本文编号：2962453
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