一種快速響應(yīng)COT控制的BUCK變換器的研究與設(shè)計(jì)
發(fā)布時(shí)間：2021-01-07 11:07
隨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)和智能制造的不斷推進(jìn),各種電子設(shè)備形態(tài)不斷減小,其背后的實(shí)質(zhì)是不斷增強(qiáng)的硬件處理能力和裝備制造能力。其中,電源管理集成電路是一類重要的硬件裝備,其為各個(gè)硬件系統(tǒng)集中統(tǒng)一供應(yīng)電能。COT控制的Buck變換器是一種具備優(yōu)秀瞬態(tài)響應(yīng)能力的降壓式變換器,尤其適合壓差變換大、負(fù)載多變的復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境。本文通過對(duì)基本Buck變換器穩(wěn)態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性的分析,深入研究了其各項(xiàng)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程;基于COT模式下的大信號(hào)負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的研究,提出了多種快速響應(yīng)技術(shù),并將其應(yīng)用于Buck芯片設(shè)計(jì)中,最終的仿真和測(cè)試結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的Buck芯片具備優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)能力。本文提出了多種適用于COT控制的Buck變換器的快速響應(yīng)方案。其中,快速響應(yīng)Ton和Toffmin技術(shù)是通過負(fù)載階躍發(fā)生時(shí)來增大瞬時(shí)Ton值和減小瞬時(shí)Toffmin值以實(shí)現(xiàn)更大的瞬態(tài)開關(guān)占空比,可有效提高Buck系統(tǒng)從輕載往重載階躍時(shí)的響應(yīng)速度;針對(duì)Buck系統(tǒng)從重載往輕載階躍的應(yīng)用場(chǎng)景,本文提出了適用于低壓輸出的體二極管續(xù)流技術(shù)和適用于高壓...
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
復(fù)極點(diǎn)對(duì)Bode圖（f=500kHz，Q=2/π）
耗分析可知，功率管的損耗主要包括導(dǎo)通損耗、柵驅(qū)動(dòng)損耗和交流損耗。每秒導(dǎo)通損耗的計(jì)算公式為如式（4-1）所示，其中D為占空比。()2conductiononloadP=DRI（4-1）每秒柵驅(qū)動(dòng)損耗和交流損耗的計(jì)算公式如式（4-2）所示。22_[()()]AClossswgsongdonDDgdoffdsoffinP=FC+CV+C+CV（4-2）式（4-2）中，F(xiàn)sw為開關(guān)頻率，VDD為功率管的驅(qū)動(dòng)電壓，Vin為系統(tǒng)的功率輸入電源電壓。因?yàn)閷?dǎo)通損耗反比于功率管寬長(zhǎng)比W/L，柵驅(qū)動(dòng)損耗和交流損耗正比于功率管寬長(zhǎng)比W/L，因此功率管的損耗在二者相等時(shí)達(dá)到最低。圖4-2功率管損耗計(jì)算電路圖本項(xiàng)目中的常見的應(yīng)用狀態(tài)是Vin=15V，Vout=1.2V，Iload=2A，因此我們根據(jù)該狀態(tài)來設(shè)計(jì)功率管尺寸，使其達(dá)到效率最佳，同時(shí)我們選取功率管的驅(qū)動(dòng)電壓為最高的5V，這樣可以減小功率管的導(dǎo)通電阻。搭建如圖4-2所示拓?fù)洌β使艿拈_啟狀態(tài)從左到右分別為，開態(tài)、關(guān)態(tài)、開態(tài)、關(guān)態(tài)，同時(shí)前兩個(gè)模擬上管開關(guān)，后兩個(gè)模擬下管開關(guān)，這樣可以得到不同狀態(tài)寄生電容所存儲(chǔ)的能量大校
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文50在仿真器中寫入相應(yīng)的損耗計(jì)算公式，并對(duì)功率管元胞的柵寬進(jìn)行參數(shù)掃描，如圖4-3所示。圖4-3功率管最佳效率點(diǎn)仿真器設(shè)置由于所需要的功率管尺寸較大，我們的功率管元胞設(shè)置為10000×（W/L0），其中W為功率管元胞的柵寬，L0為功率管元胞的柵長(zhǎng)。對(duì)W進(jìn)行參數(shù)掃描，功率上管掃描計(jì)算結(jié)果如圖4-4所示，可以看到PDC反比于W，PAC正比于W，在二者相近時(shí)，總功耗Ptotal最小，最終選擇功率上管的元胞柵寬W=105.25μm，此時(shí)功率上管的總損耗約為118.7mW，導(dǎo)通電阻Ron為2.55mΩ，功率上管的柵源寄生電容約為2.1nF。圖4-4功率上管損耗掃描圖
【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]具有快速瞬態(tài)響應(yīng)BUCK變換器的環(huán)路研究與設(shè)計(jì)[D]. 何燁.電子科技大學(xué) 2017
[2]浮動(dòng)?xùn)艑捙c柵壓Buck變換器研究與設(shè)計(jì)[D]. 周才強(qiáng).電子科技大學(xué) 2016
[3]輕負(fù)載下BUCK電路的模式控制和分段技術(shù)研究與設(shè)計(jì)[D]. 陳劍洛.電子科技大學(xué) 2014
本文編號(hào)：2962453
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
復(fù)極點(diǎn)對(duì)Bode圖（f=500kHz，Q=2/π）
耗分析可知，功率管的損耗主要包括導(dǎo)通損耗、柵驅(qū)動(dòng)損耗和交流損耗。每秒導(dǎo)通損耗的計(jì)算公式為如式（4-1）所示，其中D為占空比。()2conductiononloadP=DRI（4-1）每秒柵驅(qū)動(dòng)損耗和交流損耗的計(jì)算公式如式（4-2）所示。22_[()()]AClossswgsongdonDDgdoffdsoffinP=FC+CV+C+CV（4-2）式（4-2）中，F(xiàn)sw為開關(guān)頻率，VDD為功率管的驅(qū)動(dòng)電壓，Vin為系統(tǒng)的功率輸入電源電壓。因?yàn)閷?dǎo)通損耗反比于功率管寬長(zhǎng)比W/L，柵驅(qū)動(dòng)損耗和交流損耗正比于功率管寬長(zhǎng)比W/L，因此功率管的損耗在二者相等時(shí)達(dá)到最低。圖4-2功率管損耗計(jì)算電路圖本項(xiàng)目中的常見的應(yīng)用狀態(tài)是Vin=15V，Vout=1.2V，Iload=2A，因此我們根據(jù)該狀態(tài)來設(shè)計(jì)功率管尺寸，使其達(dá)到效率最佳，同時(shí)我們選取功率管的驅(qū)動(dòng)電壓為最高的5V，這樣可以減小功率管的導(dǎo)通電阻。搭建如圖4-2所示拓?fù)洌β使艿拈_啟狀態(tài)從左到右分別為，開態(tài)、關(guān)態(tài)、開態(tài)、關(guān)態(tài)，同時(shí)前兩個(gè)模擬上管開關(guān)，后兩個(gè)模擬下管開關(guān)，這樣可以得到不同狀態(tài)寄生電容所存儲(chǔ)的能量大校
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文50在仿真器中寫入相應(yīng)的損耗計(jì)算公式，并對(duì)功率管元胞的柵寬進(jìn)行參數(shù)掃描，如圖4-3所示。圖4-3功率管最佳效率點(diǎn)仿真器設(shè)置由于所需要的功率管尺寸較大，我們的功率管元胞設(shè)置為10000×（W/L0），其中W為功率管元胞的柵寬，L0為功率管元胞的柵長(zhǎng)。對(duì)W進(jìn)行參數(shù)掃描，功率上管掃描計(jì)算結(jié)果如圖4-4所示，可以看到PDC反比于W，PAC正比于W，在二者相近時(shí)，總功耗Ptotal最小，最終選擇功率上管的元胞柵寬W=105.25μm，此時(shí)功率上管的總損耗約為118.7mW，導(dǎo)通電阻Ron為2.55mΩ，功率上管的柵源寄生電容約為2.1nF。圖4-4功率上管損耗掃描圖
【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]具有快速瞬態(tài)響應(yīng)BUCK變換器的環(huán)路研究與設(shè)計(jì)[D]. 何燁.電子科技大學(xué) 2017
[2]浮動(dòng)?xùn)艑捙c柵壓Buck變換器研究與設(shè)計(jì)[D]. 周才強(qiáng).電子科技大學(xué) 2016
[3]輕負(fù)載下BUCK電路的模式控制和分段技術(shù)研究與設(shè)計(jì)[D]. 陳劍洛.電子科技大學(xué) 2014
本文編號(hào)：2962453
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