基于电流模控制的宽输入高效Buck变换器的设计
发布时间：2022-01-16 22:43
跨入新世纪,科学技术发展日新月异,越来越多的电子产品进入大众视野,并逐渐成为了人们生产生活中不可或缺的组成部分。Buck变换器作为一类重要的压降型拓扑,因其具有能量转化效率高、输出电压范围宽、带载能力强等优势,广泛应用于便携式设备、汽车电子、工业自动化等领域。伴随各类需求的不断增长,对Buck变换器输入电压范围、能量转化效率等指标的要求也逐渐提高,所以选择合适的环路控制方式以及合理的性能优化策略在电路设计过程中显得愈加重要。通过对比Buck变换器常见的环路控制方式并结合实际需求,本设计决定选用各项性能较为均衡的峰值电流模式（Peak Current Mode,PCM）控制架构。为实现较宽的输入电压范围,本文应用描述函数法对控制环路进行小信号建模,并根据所得结论选取合理的频率补偿参数。为解决轻负载电流应用下系统效率较低的问题,本文设计了两种轻载控制模式来减小开关损耗。为应对过温、过流等突发状况,本设计加入了多种异常情况监测机制用于保障系统的可靠性与安全性。应用所选取的环路控制方式,本文设计了一款同步整流Buck变换器。具体包括以下关键子电路:低压差线性稳压器（Low Dropout Re...
【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】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 Buck变换器研究现状与发展方向
1.2 论文主要内容及结构安排
第二章 Buck变换器拓扑结构与相关原理
2.1 Buck变换器的工作模式
2.2 Buck变换器的控制方式
2.3 Buck变换器效率分析
2.3.1 开关损耗
2.3.2 导通损耗
2.3.3 能量转化效率优化方案
2.4 本章小结
第三章 Buck变换器系统设计
3.1 核心控制器拓扑结构与系统关键性能指标
3.2 Buck变换器关键组件选取
3.2.1 功率开关管选型思路
3.2.2 电感器选择思路
3.2.3 电阻选择思路
3.3 环路建模与频率补偿
3.3.1 环路建模
3.3.2 频率补偿
3.4 轻载控制模式
3.4.1 睡眠模式
3.4.2 跳脉冲模式
3.5 系统异常保护逻辑
3.6 本章小结
第四章 高电源抑制性能LDO的研究与设计
4.1 LDO电源抑制特性及其优化策略研究
4.1.1 传统LDO的电源噪声传播路径
4.1.2 典型电源抑制特性变化趋势分析
4.1.3 电源抑制性能优化策略
4.2 一款用于Buck变换器的高电源抑制性能高效LDO设计
4.2.1 电路结构设计与分析
4.2.2 电路仿真结果与分析
4.3 一款用于SoC供电的高电源抑制性能LDO设计
4.3.1 电路结构设计与分析
4.3.2 电路仿真结果与分析
4.4 本章小结
第五章 Buck变换器环路模块设计
5.1 误差放大器电路
5.1.1 误差放大器主体结构
5.1.2 上限箝位电路
5.1.3 电路仿真结果与分析
5.2 过零检测电路
5.2.1 比较阈值产生电路
5.2.2 动态偏置电路
5.2.3 高速比较器
5.2.4 电路仿真结果与分析
5.3 轻载控制电路
5.3.1 轻载比较器
5.3.2 轻载控制逻辑
5.3.3 电路仿真结果与分析
5.4 高侧功率管栅源电压欠压检测电路
5.4.1 上管栅极电压采样电路
5.4.2 电平位移电路
5.4.3 时间基准产生与逻辑运算电路
5.4.4 电路仿真结果与分析
5.5 本章小结
第六章 Buck变换器系统性仿真与版图设计
6.1 Buck变换器系统性仿真
6.1.1 负载瞬态响应仿真与分析
6.1.2 轻载模式仿真与分析
6.1.3 系统效率计算结果与分析
6.1.4 系统异常保护仿真与分析
6.2 版图设计考虑
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]一种基于电源纹波前馈的高PSR的LDO[J]. 鲁信秋,魏秀凌,明鑫,王卓,甄少伟,张波. 微电子学. 2018(05)
[3]Buck DC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用[J]. 刘树林,刘健,寇蕾,钟久明. 电工技术学报. 2007(02)
[4]一种自适应斜坡补偿电路[J]. 周泽坤,王锐,张波. 电子科技大学学报. 2007(01)
[5]峰值电流控制模式中的分段线性斜坡补偿技术[J]. 田锦明,王松林,来新泉,王留杰. 电子器件. 2006(03)
[6]一种新颖的BUCK型DC-DC芯片的抗振铃电路[J]. 王红义,来新泉,李玉山,张乔珍,陈富吉. 电子学报. 2006(02)
硕士论文
[1]宽应用范围的BUCK变换器控制策略与电路研究[D]. 辛杨立.电子科技大学 2019
本文编号：3593560
【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】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 Buck变换器研究现状与发展方向
1.2 论文主要内容及结构安排
第二章 Buck变换器拓扑结构与相关原理
2.1 Buck变换器的工作模式
2.2 Buck变换器的控制方式
2.3 Buck变换器效率分析
2.3.1 开关损耗
2.3.2 导通损耗
2.3.3 能量转化效率优化方案
2.4 本章小结
第三章 Buck变换器系统设计
3.1 核心控制器拓扑结构与系统关键性能指标
3.2 Buck变换器关键组件选取
3.2.1 功率开关管选型思路
3.2.2 电感器选择思路
3.2.3 电阻选择思路
3.3 环路建模与频率补偿
3.3.1 环路建模
3.3.2 频率补偿
3.4 轻载控制模式
3.4.1 睡眠模式
3.4.2 跳脉冲模式
3.5 系统异常保护逻辑
3.6 本章小结
第四章 高电源抑制性能LDO的研究与设计
4.1 LDO电源抑制特性及其优化策略研究
4.1.1 传统LDO的电源噪声传播路径
4.1.2 典型电源抑制特性变化趋势分析
4.1.3 电源抑制性能优化策略
4.2 一款用于Buck变换器的高电源抑制性能高效LDO设计
4.2.1 电路结构设计与分析
4.2.2 电路仿真结果与分析
4.3 一款用于SoC供电的高电源抑制性能LDO设计
4.3.1 电路结构设计与分析
4.3.2 电路仿真结果与分析
4.4 本章小结
第五章 Buck变换器环路模块设计
5.1 误差放大器电路
5.1.1 误差放大器主体结构
5.1.2 上限箝位电路
5.1.3 电路仿真结果与分析
5.2 过零检测电路
5.2.1 比较阈值产生电路
5.2.2 动态偏置电路
5.2.3 高速比较器
5.2.4 电路仿真结果与分析
5.3 轻载控制电路
5.3.1 轻载比较器
5.3.2 轻载控制逻辑
5.3.3 电路仿真结果与分析
5.4 高侧功率管栅源电压欠压检测电路
5.4.1 上管栅极电压采样电路
5.4.2 电平位移电路
5.4.3 时间基准产生与逻辑运算电路
5.4.4 电路仿真结果与分析
5.5 本章小结
第六章 Buck变换器系统性仿真与版图设计
6.1 Buck变换器系统性仿真
6.1.1 负载瞬态响应仿真与分析
6.1.2 轻载模式仿真与分析
6.1.3 系统效率计算结果与分析
6.1.4 系统异常保护仿真与分析
6.2 版图设计考虑
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]一种基于电源纹波前馈的高PSR的LDO[J]. 鲁信秋,魏秀凌,明鑫,王卓,甄少伟,张波. 微电子学. 2018(05)
[3]Buck DC/DC变换器的输出纹波电压分析及其应用[J]. 刘树林,刘健,寇蕾,钟久明. 电工技术学报. 2007(02)
[4]一种自适应斜坡补偿电路[J]. 周泽坤,王锐,张波. 电子科技大学学报. 2007(01)
[5]峰值电流控制模式中的分段线性斜坡补偿技术[J]. 田锦明,王松林,来新泉,王留杰. 电子器件. 2006(03)
[6]一种新颖的BUCK型DC-DC芯片的抗振铃电路[J]. 王红义,来新泉,李玉山,张乔珍,陈富吉. 电子学报. 2006(02)
硕士论文
[1]宽应用范围的BUCK变换器控制策略与电路研究[D]. 辛杨立.电子科技大学 2019
本文编号：3593560
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3593560.html
