数字COT控制DC-DC变换器设计

发布时间：2023-02-14 10:11

　　近年来,便携式设备如手机、平板、智能手表等的市场不断增加。而随着各种便携设备性能的不断更新换代,对电源也提出了越来越高的要求。相对于模拟控制的电源芯片,数字控制DC-DC更容易内嵌进各种SoC芯片中,从而达到高集成度的要求。在设计和使用中,数字控制DC-DC调试和监测更加灵活,并且可以显著减小控制系统分立器件的数量,改善系统可靠性。相比定频PWM控制,变工作频率的COT(Constant On Time)控制可以实现更快的响应速度,以及更高的轻负载效率,因此得到了广泛应用,但数字COT控制相对研究较少。本文设计了一种基于数字COT控制Buck变换器。在数字电源芯片的设计中,ADC是连接模拟采样和数字控制的桥梁,因此ADC架构选择和电路设计至关重要。为解决量化精度和采样范围之间的矛盾,本文提出了DAC设置基准电压,并结合PGA和差分ADC的技术方案。PGA(Programmable Gain Amplifier)的设计基于带有共模负反馈的全差分运算放大器,差分ADC采用异步SAR结构,精度为7.8125mV,最大采样率为10Msps,功耗低至9mW。本文所设计的ADC基于0.18μm C...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景与研究意义
    1.2 国内外研究现状与发展趋势
    1.3 本文的工作内容及结构安排
第二章 BUCK开关变换器基本原理
    2.1 BUCK变换器的工作模式
        2.1.1 连续导通模式CCM
        2.1.2 不连续导通模式DCM
    2.2 BUCK变换器的数字控制方式
        2.2.1 脉冲宽度调制PWM控制
        2.2.2 电流模COT控制模式
        2.2.3 V²COT控制模式
        2.2.4 电压控制模式
    2.3 数字控制中的特殊效应
        2.3.1 量化效应
        2.3.2 极限环效应
        2.3.3 量化效应对极限环效应的抑制效应
    2.4 本章小结
第三章 数字COT控制DC-DC变换器设计
    3.1 数字COT控制DC-DC变换器整体架构设计
    3.2 模数转换器ADC设计
        3.2.1 ADC原理介绍
        3.2.2 可编程增益误差放大器PGA
        3.2.3 DAC设计
        3.2.4 比较器设计
        3.2.5 时序逻辑设计
        3.2.6 可编程误差放大器仿真
        3.2.7 模数转换器仿真和测试
    3.3 电感电流检测模块设计
        3.3.1 DCR电流采样
        3.3.2 数字电流采样设计
    3.4 数字补偿网络设计
        3.4.1 谷值电流模COT的传输函数分析
        3.4.2 数字补偿网络设计
    3.5 输入输出电压量化
    3.6 数字比较器设计
    3.7 本章小结
第四章 数字COT控制DC-DC变换器仿真
    4.1 基于SIMULINK的数字COT控制DC-DC变换器仿真
        4.1.1 Buck变换器拓扑模型
        4.1.2 ADC&DAC模型
        4.1.3 数字电流采样建模与仿真验证
        4.1.4 量化效应的仿真
        4.1.5 数字DC-DC变换器整体仿真
    4.2 基于AMS平台的整体混合仿真验证
        4.2.1 混合仿真电路搭建
        4.2.2 混合仿真结果及分析
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3742420