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集成稳压电路系统鲁棒性与快速响应研究

2020-12-07阅读(139)

集成稳压电路系统鲁棒性与快速响应研究

论文摘要

集成稳压器的低成本、高集成度、高可靠性的特点使其在电子系统,特别是便携式系统中得到了极为广泛的应用。随着应用系统的功率、速度、复杂度的不断升级,集成稳压器需要提供更加精确、快速、灵活和可靠的控制来满足系统电源的需求。本文以集成稳压器为研究对象,着力研究了负载、电压、温度及工作状态变化情况下提高系统鲁棒性与响应速度的设计方法和实现电路,研究成果包括:1.自适应的补偿方法研究。针对电流模DC-DC变换器亚谐波振荡问题,通过斜坡补偿理论分析,建立了最优补偿的数学关系,基于这一关系提出了一种适用于Buck、Boost、Buck-Boost三种拓扑的自适应斜坡补偿电路。另外,在分析CMOS电压基准温度补偿原理的基础上,提出了一种分段曲率补偿的CMOS电压基准电路,补偿量适应温度的变化,大幅地降低了基准电压的温度系数。2.软启动电路研究。提出了一种DAC控制的片内软启动电路,利用DAC控制和毛刺电压消除技术,有效地保证了启动过程的平稳性,启动结束后偏置电流被彻底关断,从而实现了零功耗设计。另外,提出了一种具有Hiccup控制功能和启动时间内外可调的软启动电路,Hiccup控制与软启动的结合增强了系统的可靠性,内外部软启动时间转换自然,增加了系统应用的灵活性。3.提出了一种瞬态响应加速电路,利用输出电压跳变检测电路产生了一个动态的偏置电流,该电流加入到误差放大器和驱动级上,极大地提高了环路的响应速度。当输出电压恢复稳定,该动态偏置电流随即消失,从而保证了低静态电流的需求。4.设计了一种适用于总线终端的具有3A source与sink电流能力的快速响应线性稳压器,采用NMOS调整管结构不仅提高了系统电流能力,也保证了低输出电压的情况。利用负载电流反馈技术,实现了动态偏置和自适应补偿,从而优化了系统的响应速度和稳定性。5.设计了一种自适应开启时间的Buck型控制器,基于输入电压前馈和输出电压反馈技术来解决COT控制开关频率变化的问题,利用充电电流补偿电路,实现了输入电压与开启时间的线性化。引入充电时间超前电路,抵消了传输延迟对开关频率的影响,从而保证了转换器的开关频率固定。自动跳跃式PFM工作模式保证了轻载下的高效率。6.提出了一种电流模自适应开启时间的Buck型控制器,电流模控制不仅获得了优异的瞬态响应速度,而且克服了电压模控制的环路稳定性对输出电压纹波的依赖。提出了一种采样保持电路与充电时间超前电路,保证了转换器的开关频率固定。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 电力电子与电源管理
  • 1.1.1 从电力电子到电源管理
  • 1.1.2 电源管理集成电路的分类与应用
  • 1.1.3 电源管理IC 的发展
  • 1.2 线性稳压器
  • 1.2.1 线性稳压器的特点与结构
  • 1.2.2 线性稳压器的研究重点
  • 1.3 开关型DC-DC 变换器
  • 1.3.1 DC-DC 变换器工作模式
  • 1.3.2 DC-DC 变换器研究重点
  • 1.4 章节安排与研究成果
  • 第二章 几种自适应补偿电路研究
  • 2.1 基于负载电流反馈的自适应补偿方法
  • 2.1.1 线性稳压器稳定性
  • 2.1.2 电流采样电路
  • 2.1.3 自适应补偿方法
  • 2.2 自适应斜坡补偿电路
  • 2.2.1 亚谐波振荡与斜坡补偿
  • 2.2.2 自适应斜坡补偿原理
  • 2.2.3 自适应斜坡补偿电路设计
  • 2.3 一种分段曲率补偿的CMOS 电压基准电路
  • 2.3.1 正负温度系数电流产生电路
  • 2.3.2 分段曲率补偿的CMOS 电压基准电路
  • 2.3.3 验证结果与讨论
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 开关稳压器软启动与控制电路研究
  • 3.1 软启动过程及方法
  • 3.2 基于DAC 控制的软启动电路
  • 3.2.1 数字软启动电路的控制方式
  • 3.2.2 新型DAC 控制的软启动电路
  • 3.2.3 实验结果与讨论
  • 3.2.4 结论
  • 3.3 一种结合了限流与预调整控制的软启动电路
  • 3.3.1 工作原理
  • 3.3.2 预调整启动DAC 控制电路实现
  • 3.3.3 电流限制与系统设计
  • 3.3.4 实验结果与讨论
  • 3.3.5 结论
  • 3.4 内外部软启动时间切换与Hiccup 控制电路
  • 3.4.1 软启动电压产生电路
  • 3.4.2 Hiccup 控制电路
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 快速响应线性稳压电路研究
  • 4.1 响应速度的影响因素
  • 4.2 一种快速响应低静态电流LDO
  • 4.2.1 环路稳定性分析
  • 4.2.2 LDO 完整电路设计
  • 4.2.3 TRE 电路设计
  • 4.2.4 实验结果与讨论
  • 4.2.5 结论
  • 4.3 一种快速响应source 与sink 线性稳压器
  • 4.3.1 基于总线终端应用的线性稳压器
  • 4.3.2 系统设计
  • 4.3.3 环路稳定性分析
  • 4.3.4 电路实现
  • 4.3.5 实验结果与讨论
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 快速响应DC-DC 变换器研究
  • 5.1 AOT 控制的Buck 型DC-DC 控制器
  • 5.1.1 系统设计考虑
  • 5.1.2 集成电路设计
  • 5.1.3 实验结果讨论
  • 5.1.4 结论
  • 5.2 电流模AOT 控制的Buck 型DC-DC 控制器
  • 5.2.1 环路稳定性考虑
  • 5.2.2 控制器设计
  • 5.2.3 自适应开启时间（AOT）产生电路
  • 5.2.4 实验结果与讨论
  • 5.2.5 结论
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 结束语
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间的研究成果

    • 相关论文文献

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