【摘要】：集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展以及消費(fèi)市場(chǎng)的需求導(dǎo)向,對(duì)電源管理芯片提出了更高的要求。隨著電源管理技術(shù)逐漸趨于高效化,低功耗小體積的DC-DC變換器成為了電源管理芯片研究發(fā)展的重點(diǎn)。為了適應(yīng)新興綠色能源的發(fā)展需求,許多研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始致力于具有升壓功能的Boost型DC-DC變換器的研究,并在變換器的高穩(wěn)定性、快速瞬態(tài)響應(yīng)以及高效率方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。本文首先對(duì)DC-DC變換器在系統(tǒng)穩(wěn)定性、準(zhǔn)恒頻化以及高轉(zhuǎn)換效率等方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了討論。在對(duì)Boost變換器的基本工作原理以及效率損失因素的研究基礎(chǔ)上,對(duì)恒定關(guān)斷時(shí)間(Constant Off-Time,CFT)電流模式控制進(jìn)行分析。研究表明,CFT控制Boost變換器的開(kāi)關(guān)頻率隨輸入輸出變化,且輕載下開(kāi)關(guān)頻率隨負(fù)載減小逐漸增大,導(dǎo)致變換器的開(kāi)關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗較大�；诖藛�(wèn)題,在CFT控制架構(gòu)的基礎(chǔ)上,通過(guò)詳細(xì)的理論分析和研究,本文利用誤差信號(hào)隨負(fù)載變化的趨勢(shì)設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)于輕載下的非線(xiàn)性變頻控制,而重載下利用自適應(yīng)的關(guān)斷時(shí)間實(shí)現(xiàn)近似恒頻。本文通過(guò)對(duì)Boost變換器系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)路分析與小信號(hào)建模,設(shè)計(jì)了合適的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),提高了輸出電壓精度。本文利用Simulink軟件對(duì)變換器系統(tǒng)進(jìn)行建模,并對(duì)Simulink系統(tǒng)行為級(jí)模型進(jìn)行驗(yàn)證與分析。分析結(jié)果表明,輕載下,當(dāng)Boost變換器工作在非線(xiàn)性變頻控制下,變換器開(kāi)關(guān)頻率和紋波電壓的變化與充電系數(shù)有關(guān)。充電系數(shù)越大,開(kāi)關(guān)頻率越大,紋波電壓越小。其他條件一定,功率管的導(dǎo)通壓降越大,Boost變換器的開(kāi)關(guān)頻率越小。同時(shí),研究表明系統(tǒng)環(huán)路的截止頻率和相位裕度大小受負(fù)載,電感電流采樣系數(shù)以及外圍參數(shù)的影響�；跂|部0.18μm BCD工藝,本文設(shè)計(jì)了一種適用于輕載下的關(guān)斷定時(shí)器,并利用Cadence仿真軟件對(duì)控制電路模塊進(jìn)行了搭建,在Spectre仿真平臺(tái)上對(duì)系統(tǒng)整體性能進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明,在3~5 V的輸出電壓范圍內(nèi),變換器的紋波電壓均不超過(guò)50 mV,效率高達(dá)93.1%,系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了變換器的高轉(zhuǎn)換效率。最后通過(guò)仿真手段,與CFT控制、AFT控制及脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,PWM)進(jìn)行了效率對(duì)比。仿真結(jié)果顯示,在輸入電壓為4 V的情況下,非線(xiàn)性變頻控制相比于改進(jìn)前的CFT控制輕載下效率最大提高了8.9%。本文的研究工作對(duì)改善CFT控制下Boost變換器的性能具有一定的借鑒意義。
【圖文】：

圖 3.10 Boost 變換器系統(tǒng) Simulink 模型（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性驗(yàn)證根據(jù) Simulink 模型，通過(guò)環(huán)路分析對(duì)功率級(jí)進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)。由式（3-39）可知負(fù)載越大，右半平面零點(diǎn)越小。為了保證全負(fù)載范圍內(nèi)，Boost 變換器穩(wěn)定工作。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN86

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本文編號(hào)：2587742