高頻開關(guān)電源的高效集成單周期控制策略研究.pdf

1、近年來，便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品發(fā)展突飛猛進(jìn)。針對電池供電的便攜式電子設(shè)備，為了延長電池壽命，微處理器和DSP負(fù)載一般都設(shè)有幾個不同的工作狀態(tài)，通過不同的節(jié)能模式降低功耗。在高效電源管理的要求下，需要負(fù)載能實(shí)現(xiàn)從睡眠或待機(jī)狀態(tài)進(jìn)入全工作模式的高速轉(zhuǎn)換，以確保電路的正常工作。這對電壓調(diào)節(jié)器的快速響應(yīng)提出了嚴(yán)格的要求，同時，還要保證高的效率和集成密度以適應(yīng)其高集成度負(fù)載的需求。本文將深入地論述高效、集成、快速瞬態(tài)響應(yīng)開關(guān)變換器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。

2、>　　 在回顧和分析DC-DC變換器的控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了高效率DC-DC變換器的單周期控制原理。在此基礎(chǔ)上，提出了一種集成的雙環(huán)路單周期控制策略。討論了其控制原理，建立了控制系統(tǒng)小信號模型，通過頻域和時域仿真對理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。新方法通過對輸入電壓和輸出電壓的雙環(huán)路單周期積分控制，提高了變換器對輸入和負(fù)載動態(tài)變化的響應(yīng)速度。
　　 研究了片上控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)。討論了外部功率器件對變換器輸出紋

3、波電壓和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)特性的影響，在此基礎(chǔ)上確定了外部功率器件參數(shù)。圍繞開關(guān)變換器系統(tǒng)功耗進(jìn)行分析，采用一種改進(jìn)的雙模式控制方法，利用電流猛沖和電壓遲滯比較原理增加變換器空閑時間，提高變換器在輕負(fù)載下的效率。另外，本文提出了一種電流模式軟啟動控制方法，采用數(shù)字控制的分階段限流控制實(shí)現(xiàn)輸出電壓的平穩(wěn)啟動，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性，仿真結(jié)果說明與傳統(tǒng)電流模式軟啟動控制相比，變換器啟動時過沖電壓減小了5％。
　　 基于提出

4、的控制策略和片上控制系統(tǒng)的整體架構(gòu)，設(shè)計了一款高頻開關(guān)電源的高效集成單周期控制器芯片。研究了控制器電路的關(guān)鍵技術(shù)。采用一種低功耗高精度帶隙基準(zhǔn)電路，理論分析和仿真結(jié)果表明，和傳統(tǒng)帶隙結(jié)構(gòu)相比，該電路將由電流鏡失配引起的輸出基準(zhǔn)的誤差減小了50倍。另外，針對振蕩器電路，跨導(dǎo)放大器電路，軟啟動電路和PWM/PFM檢測電路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。
　　 在論文的最后，基于BCD 0.6μm工藝，實(shí)現(xiàn)了高頻開關(guān)電源的高效集成單周期控制器芯片，并