具有快速瞬态响应的高精度DC-DC降压变换器设计

发布时间：2017-09-12 09:05

  本文关键词：具有快速瞬态响应的高精度DC-DC降压变换器设计

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【摘要】：近年来由于电子设备对电源系统的性能要求越来越高,尤其是在比如分布式电源系统等具有宽范围输入电压和大电流负载的应用中,对于系统的瞬态响应特性、精度特性及抗干扰特性等的要求更是异常严苛,因此设计具有这些高性能的开关电源是目前电源设计的主要方向。而在开关电源中目前应用很广泛的DC-DC降压变换器,则是采用基于恒定导通时间(Constant On-Time,COT)控制的电源,是人们研究的热点,主要是因为COT控制模式具有系统架构简单、抗干扰性能强及输入电压范围宽等优点,但是该控制技术在拥有诸多优点之外,同时也存在许多不足,比如输出电容的寄生电阻容易影响到系统工作的稳定性、工作频率随输入电压会发生变化以及轻载情况下效率很低等。为了解决以上所述的问题,本文从系统控制方式及内部电路等方面对DC-DC降压变换器的性能进行了深入研究,结合系统设计目标提出了一种具有快速瞬态响应的高精度DC-DC降压变换器。该系统的控制方式采用基于COT的控制方式,在COT的基础上增加锁相环PLL电路形成受控导通时间控制,并结合谷值电流模控制提高动态响应;采用系统工作状态控制电路进行系统的监控,有效提高整体芯片的效率;采用高精度的基准源提高内部电路的精度。本文利用HSPICE、Cadence等电路设计及仿真软件,在0.25μm BCD工艺的基础上对系统的工作状态控制电路、基准源等电路进行了模拟验证。最后对系统的状态控制、负载瞬态响应特性、输出精度等进行了整体仿真,仿真结果显示,系统能够准确进行状态控制,从而提高了效率,输入电压变化时能够具有很快的线性瞬态响应,连续工作模式下输出负载瞬态响应能够在25μs以内恢复到稳定状态,并且输出电压纹波很小,负载跳变时的输出过冲电压和下冲电压都能保证在90 mV以内,满足设计的要求。
【关键词】：DC-DC降压变换器 谷值电流模 高精度 COT 负载瞬态响应
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 DC-DC变换器的背景与意义10-11
• 1.2 DC-DC变换器的国内外研究历史与现状11-14
• 1.3 本论文的结构安排14-16
• 第二章 DC-DC变换器的基本原理16-28
• 2.1 DC-DC降压变换器的基本原理16-20
• 2.2 DC-DC降压变换器的调制方式20-21
• 2.3 DC-DC降压变换器的控制技术21-25
• 2.3.1 电压型PFM控制技术23-24
• 2.3.2 电流型控制技术24-25
• 2.4 具有快速瞬态响应的DC-DC降压变换器25-27
• 2.4.1 迟滞控制DC-DC降压变换器25-26
• 2.4.2 基于COT控制的DC-DC降压变换器26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 系统分析与设计28-38
• 3.1 系统设计目标28
• 3.2 DC-DC降压变换器系统瞬态特性分析28-30
• 3.3 具有快速瞬态响应的高精度DC-DC变换器架构分析与设计30-37
• 3.3.1 系统典型应用简介30-33
• 3.3.2 系统架构设计33-34
• 3.3.3 系统工作原理34-35
• 3.3.4 系统关键参数设置35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 子模块的设计与验证38-61
• 4.1 系统电流偏置38-49
• 4.1.1 传统的PTAT电流源电路38-39
• 4.1.2 误差放大器的电流偏置电路39-41
• 4.1.3 逻辑控制模块的电流偏置电路41-44
• 4.1.4 系统工作状态控制模块的偏置电流源电路44-49
• 4.2 系统工作状态控制电路49-56
• 4.2.1 系统工作状态控制电路结构与原理49-53
• 4.2.2 电路仿真与验证53-56
• 4.3 带隙基准源电路56-60
• 4.3.1 电路结构与原理57-58
• 4.3.2 电路仿真与验证58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 系统整体仿真与验证61-66
• 5.1 系统状态控制61
• 5.2 系统稳定工作情况61-63
• 5.3 线性瞬态响应63-64
• 5.4 负载瞬态响应64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 全文总结与展望66-68
• 6.1 全文总结66
• 6.2 工作展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间取得的成果73-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 周国华;许建平;米长宝;金艳艳;;V~2C控制Buck变换器稳定性分析[J];电工技术学报;2011年03期

2 朱建刚;;谷值电流模式控制BUCK型LED驱动器[J];科技信息;2012年33期

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本文编号：836295