【摘要】：恒定導(dǎo)通時(shí)間(Constan On Time,COT)控制方式,本質(zhì)為變頻調(diào)制,可以大幅度提升響應(yīng)速度,并且其輕載自動(dòng)降頻可以發(fā)揮輕負(fù)載下的高效率性能,因此被廣泛應(yīng)用于低功耗快速瞬態(tài)響應(yīng)的Buck變換器。但是COT控制Buck變換器存在幾個(gè)固有的缺陷,限制了其性能的進(jìn)一步提升:1)導(dǎo)通時(shí)間固定且無法避免T_(OFF,MIN),所以最大占空比受限,尤其是在T_(ON)較小的情況下存在瞬態(tài)響應(yīng)速度的瓶頸;2)此外,PLL通過控制導(dǎo)通時(shí)間,實(shí)現(xiàn)COT控制Buck變換器的頻率同步,頻率穩(wěn)定效果優(yōu)于通過輸入電壓和輸出電壓控制T_(ON)的AOT控制模式,但目前尚未有完整的小信號(hào)模型可以描述PLL同步COT控制模式,并且Buck變換器中的PLL帶寬設(shè)計(jì)缺乏理論指導(dǎo)。針對上述現(xiàn)狀,本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)可以分為以下幾點(diǎn):1.本文提出了變導(dǎo)通時(shí)間(VOT,Variable On-Time)控制模式:其基于COT的控制原理,針對瞬態(tài)響應(yīng)的瓶頸進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)。按照受調(diào)節(jié)的OST模塊內(nèi)部信號(hào)分類,本文共設(shè)計(jì)了兩種VOT控制Buck變換器—電壓增強(qiáng)模式和電流增強(qiáng)模式。其本質(zhì)都是將V_(REF)-V_(FB)在瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)的差值反饋到OST模塊中調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間T_(ON),使得變換器在瞬態(tài)時(shí)導(dǎo)通時(shí)間T_(ON)可變,改善等效占空比的自由度,實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)增強(qiáng)。2.建立了T_(ON)受控的COT控制Buck變換器小信號(hào)模型:采用描述函數(shù)法(DF,Describe Function)對電壓增強(qiáng)模式的VOT控制Buck變換器進(jìn)行建模,引入V_(on)擾動(dòng)量,計(jì)算新增的第三條環(huán)路的閉環(huán)傳遞函數(shù)。并且討論VOT控制Buck變換器的穩(wěn)定性,指出電流內(nèi)環(huán)與T_(ON)內(nèi)環(huán)天然穩(wěn)定,電壓外環(huán)的穩(wěn)定性會(huì)受到兩個(gè)內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)影響。3.給出了采用PLL進(jìn)行COT控制Buck變換器頻率同步的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:PLL調(diào)制的Buck變換器從調(diào)制信號(hào)角度分類屬于變導(dǎo)通時(shí)間(VOT)控制,沿用相同建模思路,構(gòu)建了完整的PLL和Buck的雙環(huán)系統(tǒng)模型,分別研究兩個(gè)環(huán)路的交互影響。通過小信號(hào)模型,比較GBW_(PLL)與GBW_(BUCK)、2/T_(off)之間的關(guān)系,從理論上解釋了PLL的帶寬對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。基于小信號(hào)模型,用于變換器頻率同步的PLL環(huán)路帶寬設(shè)計(jì)將首次得到理論支撐,能夠在快速頻率鎖定、片內(nèi)補(bǔ)償和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間找到設(shè)計(jì)窗口,同時(shí)量化PLL帶寬對系統(tǒng)相位裕度造成的影響。基于0.35μm BCD工藝,本文共設(shè)計(jì)了兩款芯片。第一款芯片為可COT/VOT模式切換的Buck變換器,第二款芯片為PLL調(diào)制的Buck變換器。前者仿真驗(yàn)證VOT的瞬態(tài)優(yōu)勢,有效地實(shí)現(xiàn)了快速瞬態(tài)響應(yīng),并減小了輸出電壓過沖/下沖。后者成功流片,并測試驗(yàn)證雙環(huán)模型,Buck變換器可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)下的頻率鎖定,瞬態(tài)下快速響應(yīng),頻率同步功能穩(wěn)定性良好。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM46
【圖文】：

D-CAP3TM控制模式結(jié)構(gòu)框圖

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 黃鍇;電流模Buck變換器雙環(huán)路模型分析與應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2753714