具有快速瞬态响应BUCK变换器的环路研究与设计

摘要

目前，在电源管理领域中，传统的线性电源由于体积大、重量重、功率因数小以及效率低等缺点已逐渐被开关电源所取代。在最近几年里，伴随着微电子技术、磁性材料的研究以及半导体工艺水平不断地优化和发展，开关电源技术已经取得了突破性的进展，并且已经渗透到了生活中的方方面面。因为开关电源有着体积小、重量轻、功耗低、瞬态响应速度快等优点，使得很多的电子产品微型化成为可能。随着开关电源在电子领域中扮演着越来越重要的角色，人们对开关电源的响应速度要求也是越来越高，因此，如何设计一款具有快速瞬态响应的开关电源芯片已经成为人们当前所关心的课题。
　　本研究提出一种具有快速瞬态响应特性的Buck变换器。该Buck变换器应用在低压环境下，功率管为片内集成，上端功率管采用P型MOS管，因此驱动部分不用做自举电路，并且也不需要最小关断时间电路，大大简化了系统电路设计。并且该Buck变换器基于传统迟滞模式控制方式，主环路没有误差放大器，系统不需要做零极点补偿电路，电路稳定性较高，容易实现大带宽设计，并且系统有着极快的负载瞬态响应速度。该Buck变换器采用内部纹波补偿方式，输出电容采用低ESR陶瓷贴片电容，在实现输出电压高精度的同时又保证了系统稳定工作。同时该变换器采用自适应导通时间调制方式，实现了开关频率的近似恒定。采用0.18μm BCD工艺，利用Cadence公司的Spectre仿真软件对系统及环路中的关键子模块的进行仿真验证，并对系统的上电过程、连续模式下和断续模式下的软启动过程、负载切换、线性调整率等方面进行了仿真验证。系统整体仿真结果表明，该Buck变换器能够在2.5~5.5V输入电压下实现恒频稳定工作，同时具有较快的负载瞬态响应速度，并且有着很好的线性调整率。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 开关电源国内外发展历史和研究现状

1.3 加快系统瞬态响应速度技术研究

1.4 本文主要内容及结构安排

第二章 Buck变换器基本原理

2.1 Buck变换器基本拓扑架构及原理分析

2.2 Buck变换器系统基本框架及控制方式

2.3 本章小结

第三章 具有快速瞬态响应Buck变换器控制架构的研究与设计

3.1 系统设计指标

3.2 功率管及外围器件的设计

3.3 系统整体框架设计

3.4 系统瞬态特性的分析

3.5 本章小结

第四章 环路设计中关键子模块的设计与仿真

4.1 软启动模块

4.2 自适应导通时间模块

4.3 纹波补偿模块

4.4 PWM比较器模块

4.5 本章小结

第五章 系统整仿与验证

5.1 芯片的上电

5.2 系统的负载瞬态响应

5.3 系统的线性瞬态响应

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果