高开关频率恒定导通时间控制DC-DC变换器设计
发布时间：2024-04-27 02:09
5G和AI智能技术的普及促进了智慧医疗、智慧家居和智慧交通等产业的发展,进一步提高人类的生活品质,这些电子信息产业的发展离不开开关电源的发展。随着人们不断追求绿色可持续发展的理念,这也推动着开关电源向着高频化、高效化的方向发展。本文主要进行恒定导通时间控制(Constant On Time,COT)控制Buck变换器的高频化研究。首先,通过描述函数法分别对锁相环(Phase Locked Loop,PLL)调制的电流模COT控制Buck变换器和RBCOT(Ripple-Based Constant On-Time,RBCOT)控制Buck变换器进行小信号建模,分析其环路稳定性,并给出环路补偿方案。接着,从超窄脉宽技术、环路延时对带宽的影响、频率漂移、效率优化以及振铃等几个方面分析了Buck高频化的关键技术。最后,基于上述研究设计了两款高频COT控制Buck变换器本文基于0.18μm BCD工艺,设计一款基于PLL调制的COT控制高频Buck变换器,通过PLL实现调节Buck的导通时间保持频率恒定和扩展变换器支持多相级联。本文完成了芯片的系统架构、工作和保护逻辑设定,采用R3D优化了功率...
【文章页数】：135 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.2 COT控制Buck变换器的发展现状
1.3 本文主要工作及组织架构
第二章 Buck变换器的基础理论和建模方法
2.1 Buck变换器的工作原理
2.1.1 连续导电模式CCM
2.1.2 非连续导电模式DCM
2.1.3 临界导电模式BCM
2.2 Buck变换器的控制模式
2.2.1 PWM控制模式
2.2.2 迟滞控制模式
2.2.3 COT控制模式
2.3 Buck变换器的建模方法
2.3.1 平均开关模型
2.3.2 离散时间模型和采样模型
2.3.3 Ridley模型
2.3.4 描述函数法
2.4 本章小结
第三章 COT控制Buck变换器的小信号建模
3.1 基于PLL调制的COT控制Buck变换器建模
3.1.1 工作原理
3.1.2 COT控制Buck变换器建模
3.1.3 PLL环路建模
3.1.4 环路稳定性分析
3.2 RBCOT控制Buck变换器建模
3.3 本章小结
第四章 高频Buck变换器的关键技术研究
4.1 超窄脉宽技术以及环路延时控制
4.1.1 超窄脉宽技术
4.1.2 高速电流采样电流
4.2 高频COT控制Buck变换器的频率漂移
4.3 高频化Buck的效率优化
4.3.1 Buck变换器的损耗优化
4.3.2 Buck的 DCM振铃问题
4.4 本章小结
第五章 基于PLL调制的COT控制高频Buck变换器设计
5.1 整体系统设计
5.1.1 整体电路框架
5.1.2 启动和保护逻辑
5.1.3 系统的环路设计
5.2 关键子模块设计与仿真
5.2.1 ICOMP高速比较器
5.2.2 反流比较器
5.2.3 UVOV保护电路
5.2.4 SW电平转换电路
5.3 版图设计
5.3.1 版图布局
5.3.2 功率级隔离优化
5.3.3 R3D优化功率管
5.4 整体电路仿真
5.4.1 整体仿真电路
5.4.2 整体仿真结果
5.5 整体电路测试
5.5.1 芯片测试平台
5.5.2 测试结果
5.6 本章小结
第六章 基于SCOVP技术高频率稳定度的Buck变换器设计
6.1 整体系统设计
6.2 子模块设计与仿真
6.2.1 具有输出电压预测功能的OST产生电路
6.2.2 输入过压保护电路
6.2.3 死区时间控制电路设计
6.3 整体电路仿真
6.3.1 整体仿真电路
6.3.2 整体仿真结果
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：3965198
【文章页数】：135 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 选题背景与研究意义
1.2 COT控制Buck变换器的发展现状
1.3 本文主要工作及组织架构
第二章 Buck变换器的基础理论和建模方法
2.1 Buck变换器的工作原理
2.1.1 连续导电模式CCM
2.1.2 非连续导电模式DCM
2.1.3 临界导电模式BCM
2.2 Buck变换器的控制模式
2.2.1 PWM控制模式
2.2.2 迟滞控制模式
2.2.3 COT控制模式
2.3 Buck变换器的建模方法
2.3.1 平均开关模型
2.3.2 离散时间模型和采样模型
2.3.3 Ridley模型
2.3.4 描述函数法
2.4 本章小结
第三章 COT控制Buck变换器的小信号建模
3.1 基于PLL调制的COT控制Buck变换器建模
3.1.1 工作原理
3.1.2 COT控制Buck变换器建模
3.1.3 PLL环路建模
3.1.4 环路稳定性分析
3.2 RBCOT控制Buck变换器建模
3.3 本章小结
第四章 高频Buck变换器的关键技术研究
4.1 超窄脉宽技术以及环路延时控制
4.1.1 超窄脉宽技术
4.1.2 高速电流采样电流
4.2 高频COT控制Buck变换器的频率漂移
4.3 高频化Buck的效率优化
4.3.1 Buck变换器的损耗优化
4.3.2 Buck的 DCM振铃问题
4.4 本章小结
第五章 基于PLL调制的COT控制高频Buck变换器设计
5.1 整体系统设计
5.1.1 整体电路框架
5.1.2 启动和保护逻辑
5.1.3 系统的环路设计
5.2 关键子模块设计与仿真
5.2.1 ICOMP高速比较器
5.2.2 反流比较器
5.2.3 UVOV保护电路
5.2.4 SW电平转换电路
5.3 版图设计
5.3.1 版图布局
5.3.2 功率级隔离优化
5.3.3 R3D优化功率管
5.4 整体电路仿真
5.4.1 整体仿真电路
5.4.2 整体仿真结果
5.5 整体电路测试
5.5.1 芯片测试平台
5.5.2 测试结果
5.6 本章小结
第六章 基于SCOVP技术高频率稳定度的Buck变换器设计
6.1 整体系统设计
6.2 子模块设计与仿真
6.2.1 具有输出电压预测功能的OST产生电路
6.2.2 输入过压保护电路
6.2.3 死区时间控制电路设计
6.3 整体电路仿真
6.3.1 整体仿真电路
6.3.2 整体仿真结果
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：3965198
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3965198.html