负载点电源（POL）瞬态响应性能的研究

摘要

随着处理器内核电压降至1V以下，其电流消耗则不断上升，未来的负载点电源(POL)要求有更高的效率、更高的功率密度和更快的瞬态响应速度。对于瞬态响应性能的研究，通常单纯地只对主电路或控制方法进行优化，本论文则综合考虑了上述两方面因素，以输入电压12V、输出电压可调0.9V～3.3V/16A(最大输出电流)、采用同步整流BUCK电路的POL样机设计为例，从以下方面进行探讨： 1．介绍了负载点电源的主电路分析和设计，从保证较高效率角度，分析如何选取主要元器件，包括主开关管、同步整流管和输出滤波电感值。 2．从主电路角度，详细分析了影响瞬态响应性能的主要相关因素，包括输出电感值、负载电流切换时刻、控制器的性能和输出电容，运用Mathcad软件分析了输出LC滤波器的选择。 3．提出了一种采用纯阻性电压补偿网络实现AVP控制的设计方法，并给出了相应的大信号、小信号系统的具体设计过程。该方法通过在电压环中引入直流增益，使得输出电压在动态切换后，不再返回至原来值，从而减小了输出电压的过冲值和跌落值。详细研究了平均电流控制模式在多种电压等级输出POL应用中的实现方法，以使系统性能最优。基于上述设计方法，分析对比了平均电流控制模式和AVP控制在动态响应性能方面的优缺点，并给出了仿真结果。 4．制作了一台功率密度较高的POL样机(其封装符合DOSA标准)，实验结果验证了两种控制方法的理论分析结论及设计的有效性。 本文对负载点电源的瞬态响应性能研究表明，通过选取合理的负载点电源主电路参数和控制策略，可以设计出通用性好、动态电压精度高的负载点电源。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1负载点电源(POL)及其发展

1.2负载点电源的典型拓扑

1.3负载点电源瞬态响应性能的研究现状

1.4负载点电源涉及的其它问题

1.5本论文的主要研究内容

第二章负载点电源主电路分析

2.1主电路拓扑的选择

2.2同步整流BUCK电路的工作过程分析

2.3 POL电源主电路设计

2.3.1 MOSFET的选择与损耗计算

2.3.2 MOSFET驱动电路

2.3.3输出滤波电感值选取

2.4远程端检测技术的应用

第三章瞬态响应性能主要相关因素分析

3.1分布参数模型

3.2与瞬态响应性能相关的主要系统参数

3.2.1输出电感值

3.2.2负载电流切换时刻

3.2.3输出电容

3.2.4控制器的性能

3.3瞬态响应峰值电压的计算

3.4输出电容的选择

3.4.1输出电容类型及其特性

3.4.2输出电容数量的估算

3.5瞬态响应峰值与输出电感的关系

第四章提高瞬态响应性能的控制策略研究

4.1平均电流控制模式

4.1.1平均电流控制模式原理

4.1.3 BUCK电路大信号系统分析

4.1.4 BUCK电路小信号系统分析

4.1.5 BUCK电路控制系统设计

4.1.6系统仿真

4.2有限直流增益AVP控制

4.2.1传统控制和AVP控制的瞬态响应特点

4.2.2有限直流增益AVP控制实现方法

4.2.3系统仿真

4.3关于两种控制方法的讨论

第五章实验波形与分析

5.1主电路实现

5.1.1控制IC

5.1.2主电路主要参数选择

5.2试验结果与分析

5.3试验装置照片

第六章总结与展望

6.1论文总结

6.2展望

参考文献

致谢