基于ACOT的高速BUCK控制器设计与研究
发布时间：2021-06-18 17:00
现代社会对于电子产品的需求不断扩大,对电子产品性能的要求也不断提高,随着板级系统的集成密度越来越大,对各个功能模块之间抗干扰的要求也越来越高,尤其电源模块。模块小型化要求宽范围的降压变换器（BUCK）,一个完整的BUCK变换器包括控制环路和功率级电路。控制方式上,恒定导通时间控制（Contast On Time,COT）控制以其轻载效率高,瞬态响应快的优势被越来越多的应用在各种电源产品中,但由于COT控制的频率稳定性较差,使其成为应用中的难点。因此自适应恒定导通时间控制（Adaptive Contast On Time,ACOT）的研究极为重要。基于ACOT的纹波控制COT（RBCOT）和电流模COT是应用较为广泛的两种方式。这两种方式在电路实现层面的难点主要是电流采样方案和内部供电电路以及驱动模块。此外针对RBCOT存在的稳定性和输出电压精度的问题,本文也提出了具体解决方案。在BUCK功率级设计中,电感的选择以及功率级建模及其重要。本文首先从BUCK功率级原理讲起,从物理和数学上严格推导BUCK电路的原理,以及输入输出电压与占空比的关系。在功率级参数的设计中电感取值至关重要,电感的磁...
【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】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AO2T电流模BUCK转换器
电子科技大学硕士学位论文16图2-8磁芯材料的B/H回线当磁通密度很大，B/H斜率接近0时，电感相当于一条导线，阻抗为零。此时会损坏功率管。磁芯损耗与Bmax的2.7次方成正比，因此，峰值磁通密度不能过大。另外，磁芯损耗还与频率的1.7次方成正比，所以在高频时，若想通过提高峰值磁通密度来减小电感体积的话，反而会带来更大的温升，更高的损耗。电感器除了有磁芯损耗，还有铜损。铜损与绕线的集肤效应和临近效应有关，为降低这两种效应带来的损耗，电感的绕线我们一般选择多股细线并联的形式。2.1.2.3磁芯饱和特性此处，我们应区别电感和扼流圈在设计上的不同。一般所说的电感，是不能承受大的直流电流的，也不能承受大的功率，只起到信号处理和滤波的作用。比如共模电感器，差模电感器，信号滤波器，去耦电感等等，设计这种类型的电感，相对比较简单，不用考虑磁芯饱和的问题。而对于电源设计中常用的起储能作用的大电感，我们一般称之为扼流圈。扼流圈不仅要承受交流电流，更要承受较大直流电流，而一旦直流电流过大，电感就会饱和。就如图2-8所示，横轴H代表磁场强度，其表达式如公式(2-44)所示：0.4NIHl=(2-44)其中，H为磁场强度，N为匝数，l为磁芯的磁路长度，I为绕组中的直流偏置电流。当电流达到一定程度，B/H回线的横轴的偏置点就会变大，当曲线斜率为零时，电感值降为0，功率管损坏。从图2-9中我们也可以看出，若偏置电流过大，为了防止磁芯饱和，就要降低曲线斜率，可以选择低磁导率的磁芯材料或
电子科技大学硕士学位论文18化，就要充分了解不同控制模式的基本原理，环路设计以及电路设计难点。本小节会分别介绍几种控制方式的优缺点，重点讲述实现COT伪恒频控制的几种方法。2.2.1电压模图2-9电压模控制电路图2-9为PWM电压控制模式的拓扑电路，该模式采用电压串联负反馈，首先，反馈电压和基准电压的差值被误差放大器放大，与一个时钟频率同步的三角波比较产生PWM信号，控制上下管的开启关断时间[33]。当负载跳变时，输出电压发生变化，误差放大器输出电压VC发生变化，占空比发生变化，从而完成环路的闭环控制。电压模式的实现电路较为简单，但是由于误差放大器的输出是一个缓慢信号，所以在负载跳变以及VIN跳变时环路不能对信号变化做出快速响应，导致输出电压会有很大的过冲。电压模的传递函数如公式(2-46)所示：()()()()1()()()()fbcoutsfbvdsoutfbcmVsVsdsVsTHGAVsVsVsdsV==(2-46)其中，fbH为输出端的电阻分压比例，为一个小余1的常数，mV为三角波的峰峰值，vdG为输出电压到占空比的传递函数，如公式(2-47)所示：21()1outesrvdINoutLsCRGsVLssLCR+=++(2-47)
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种适用于低ESR应用的高精度RBCOT环路[J]. 贾丽伟,辛杨立,梁华,冯捷斐,徐俊,明鑫,王卓,张波. 微电子学. 2020(02)
[2]一种用于电流模Buck变换器的电流采样电路[J]. 辛杨立,王卓,贾丽伟,梁华,范子威,张志文,明鑫,张波. 微电子学. 2019(02)
硕士论文
[1]适用于快速/高精度DC-DC变换器的环路研究与设计[D]. 李天生.电子科技大学 2017
本文编号：3237044
【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】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AO2T电流模BUCK转换器
电子科技大学硕士学位论文16图2-8磁芯材料的B/H回线当磁通密度很大，B/H斜率接近0时，电感相当于一条导线，阻抗为零。此时会损坏功率管。磁芯损耗与Bmax的2.7次方成正比，因此，峰值磁通密度不能过大。另外，磁芯损耗还与频率的1.7次方成正比，所以在高频时，若想通过提高峰值磁通密度来减小电感体积的话，反而会带来更大的温升，更高的损耗。电感器除了有磁芯损耗，还有铜损。铜损与绕线的集肤效应和临近效应有关，为降低这两种效应带来的损耗，电感的绕线我们一般选择多股细线并联的形式。2.1.2.3磁芯饱和特性此处，我们应区别电感和扼流圈在设计上的不同。一般所说的电感，是不能承受大的直流电流的，也不能承受大的功率，只起到信号处理和滤波的作用。比如共模电感器，差模电感器，信号滤波器，去耦电感等等，设计这种类型的电感，相对比较简单，不用考虑磁芯饱和的问题。而对于电源设计中常用的起储能作用的大电感，我们一般称之为扼流圈。扼流圈不仅要承受交流电流，更要承受较大直流电流，而一旦直流电流过大，电感就会饱和。就如图2-8所示，横轴H代表磁场强度，其表达式如公式(2-44)所示：0.4NIHl=(2-44)其中，H为磁场强度，N为匝数，l为磁芯的磁路长度，I为绕组中的直流偏置电流。当电流达到一定程度，B/H回线的横轴的偏置点就会变大，当曲线斜率为零时，电感值降为0，功率管损坏。从图2-9中我们也可以看出，若偏置电流过大，为了防止磁芯饱和，就要降低曲线斜率，可以选择低磁导率的磁芯材料或
电子科技大学硕士学位论文18化，就要充分了解不同控制模式的基本原理，环路设计以及电路设计难点。本小节会分别介绍几种控制方式的优缺点，重点讲述实现COT伪恒频控制的几种方法。2.2.1电压模图2-9电压模控制电路图2-9为PWM电压控制模式的拓扑电路，该模式采用电压串联负反馈，首先，反馈电压和基准电压的差值被误差放大器放大，与一个时钟频率同步的三角波比较产生PWM信号，控制上下管的开启关断时间[33]。当负载跳变时，输出电压发生变化，误差放大器输出电压VC发生变化，占空比发生变化，从而完成环路的闭环控制。电压模式的实现电路较为简单，但是由于误差放大器的输出是一个缓慢信号，所以在负载跳变以及VIN跳变时环路不能对信号变化做出快速响应，导致输出电压会有很大的过冲。电压模的传递函数如公式(2-46)所示：()()()()1()()()()fbcoutsfbvdsoutfbcmVsVsdsVsTHGAVsVsVsdsV==(2-46)其中，fbH为输出端的电阻分压比例，为一个小余1的常数，mV为三角波的峰峰值，vdG为输出电压到占空比的传递函数，如公式(2-47)所示：21()1outesrvdINoutLsCRGsVLssLCR+=++(2-47)
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种适用于低ESR应用的高精度RBCOT环路[J]. 贾丽伟,辛杨立,梁华,冯捷斐,徐俊,明鑫,王卓,张波. 微电子学. 2020(02)
[2]一种用于电流模Buck变换器的电流采样电路[J]. 辛杨立,王卓,贾丽伟,梁华,范子威,张志文,明鑫,张波. 微电子学. 2019(02)
硕士论文
[1]适用于快速/高精度DC-DC变换器的环路研究与设计[D]. 李天生.电子科技大学 2017
本文编号：3237044
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3237044.html
