RBCOT架構Buck變換器紋波補償技術研究與設計.pdf

1、開關電源以其體積小、轉換效率高、穩(wěn)壓范圍寬的特點被廣泛應用于各個領域已有50多年的歷史。作為開關電源家族中的重要一員，DC-DC降壓型開關電源即Buck變換器一直被廣泛應用于生活、工業(yè)、軍事等領域中。隨著科技的進步，電子設備的元件集成度越來越高、功能也越來越復雜，這對其供電芯片的各項指標如輸出電壓精度、紋波幅度、動態(tài)響應速度、穩(wěn)定性、轉換效率等均提出了新的要求?；诩y波控制的恒定導通時間(Ripple-Based Constant On

2、-Time,RBCOT)架構Buck變換器以其結構簡單、瞬態(tài)響應速度快、輕載效率高的優(yōu)點越來越多的應用于便攜式電子設備供電領域。
　　本文首先對RBCOT架構Buck變換器的背景、意義及其國內外研究歷史與現(xiàn)狀進行了介紹與分析，對幾種傳統(tǒng)的控制方式進行了比較，并對RBCOT架構中熱點問題和現(xiàn)有解決方案進行了分析與探討。然后對Buck變換器的工作原理進行了詳細講解，并對其三種工作模式（連續(xù)導通模式、斷續(xù)導通模式、臨界導通模式）進行了分

3、析與理論推導。接下來對RBCOT架構Buck變換器工作原理、小信號模型建立方法、穩(wěn)定性進行了講解;然后對其補償參數(shù)的設計與現(xiàn)有的紋波補償電路實現(xiàn)方式進行了詳細分析。
　　針對現(xiàn)有補償方案的不足，本文提出了一種新穎的可以集成在芯片內部的紋波補償方案?；诿枋龊瘮?shù)(Describing Function，DF)模型，本文對所提出的紋波補償方案進行了小信號建模，并對其零極點分布及補償參數(shù)對零極點的影響進行了詳細的分析與探討。不僅推導出了

4、系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)，而且對最佳補償參數(shù)值也進行了定義。Simplis仿真結果和PCB實驗結果都證明了所建立的系統(tǒng)模型與所推導的系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)的正確性。最后，本文基于0.18μm BCD工藝，搭建了所提出的補償方案的晶體管級電路，將此補償電路應用于一個完整的RBCOT架構Buck變換器系統(tǒng)中并對整個系統(tǒng)進行了仿真。仿真結果表明，此補償方案在不增加任何IC外圍元件的條件下可明顯增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，解決了當使用陶瓷電容等低等效串聯(lián)電阻(Equival