COT架构降压型变换器片上纹波补偿电路

基于0.18 μm BCD工艺,设计了适用于电压模式恒定导通时间(COT)架构DC-DC降压型变换器的纹波补偿电路。分析了使用电解电容作为输出电容以及片外纹波补偿电路的缺点,并设计了一种新颖的片内纹波补偿电路来克服这些缺点。在芯片系统典型应用环境下,利用Cadence和Hspice软件进行电路设计和仿真。结果表明,在电源电压为5 V,温度为25 ℃的条件下,芯片输出电压的纹波仅为2.15 mV,通过纹波补偿电路的反馈电压的纹波为37 mV,完全满足系统稳定要求。当温度在-20 ℃~125 ℃内变化时,输出最大纹波仅为12.6 mV。     

带自适应斜坡补偿的COT控制Buck变换器

提出了一种采用自适应斜坡补偿(ARC)的恒定导通时间控制Buck变换器。引入了两个斜坡电压,实现对电感电流下降斜率的检测;通过负反馈环路调节斜坡斜率,使斜坡斜率跟随电感电流下降斜率的变化。最终斜坡补偿带来的额外极点被固定下来,以便于补偿设计。在此基础上,引入瞬态增强电路,提高了负载阶跃响应速度。在5 V输出电压下,负载从3 A到100 mA阶跃时,输出上冲电压减小了150 mV,恢复时间缩短了10 μs。负载从100 mA到3 A阶跃时,输出下冲电压减小了130 mV,恢复时间缩短了12 μs。     

适用于纹波控制型DC-DC变换器的比较器设计

设计一种适用于纹波控制(Output-Ripple-Based Control)的Buck型DC-DC变换器的比较器,根据PSIM搭建的仿真模型,分析主环比较器性能对系统的影响,设计具有三级预放大的高增益,低延时,低失调电压的比较器电路,采用两种温度系数的电流补偿比较器增益,稳定增益,采用0.5μm BiCOMS工艺进行仿真验证,下降沿延时27 ns,增益123 dB,随温度最大增益变化3.2%,失调电压90μV,达到系统要求。     

温度条件下电解电容器对开关电源电路的纹波噪声影响

电容容值是电解电容器的重要参数,是由测量交流容量所呈现的阻抗决定.在不同温度环境下,不同材质电解电容在同一开关电源电路中输出电压纹波噪声差异较大.对铝电解电容、钽电解电容以及固态电解电容开展了不同温度条件下开关电源电路输出电压纹波对比试验,得出固态电容温度特性优于铝电解电容和钽电解电容的结论.     

一种基于开关电流积分器的RB-COT Buck变换器

提出了一种基于开关电流积分器的RB-COT Buck变换器。通过注入电感电流纹波补偿控制环路,引入采样保持电路消除电感电流纹波的直流分量,提高了输出电压的精度。在此基础上,开关电流积分器替代原架构中的固定RC滤波器,有效提升了高工作频率下系统的响应速度,并在全频率范围内兼顾稳定性与响应速度。以全频率范围内环路稳定性作为设计基本准则,该Buck变换器在高开关频率下响应速度得到了有效提升。在1 MHz开关频率下,负载阶跃的恢复时间相比于采用固定RC滤波减少了20μs。     

AOT控制的降压型转换器的稳定性分析

为了保证自适应导通时间控制的降压型转换器能在输入电压全范围内正常工作,通过理论分析和时域推导,研究了输出电容的ESR对系统稳定性的影响。结果表明,只有ESR足够大,才能保证其电压变化率大于输出电容电压变化率,从而保证系统的稳定。此外,建立了ESR的最小临界值与输入电压之间的数学模型,并揭示了二者存在反比例关系。不同ESR条件下的输入电压扰动时域仿真结果说明了ESR对系统稳定的重要性。通过比较理论数学模型的拟合曲线与实际仿真结果,验证了理论分析和数学模型的正确性。     

片式钽电容器允许最大纹波电流的实验标定

利用片式钽电容器纹波电流与等效串联电阻(ESR)、额定功耗、温升及热阻之间的关系,提出了一种片式钽电容器耐受纹波电流能力的详细实验标定方法和程序,并对典型的规格产品进行了标定实验。该方法不但适用于片式钽电容器生产厂进行系列产品耐受纹波电流能力的测定,用户工程师同样可以用它来对相应规格的产品进行测算。     

一种基于ACOT的Buck型开关电源设计

基于自适应恒定导通时间(ACOT)控制方式,设计了一种恒频效果良好的降压型DC-DC转换器。该转换器采用V²COT架构,兼具输出精度高和瞬态响应速度快的特点。采用一种改进的自适应导通时间控制方式,降低了负载电流对开关频率的影响,使转换器在连续导通模式(CCM)下具有良好的开关频率稳定性。基于东部高科0.15μm BCD工艺完成流片,芯片输入电压为4.5～17 V,输出电压为0.76～7 V,最大负载电流为3 A,开关频率为1 MHz。测试结果表明,在CCM下,开关频率随输入电压变化率为2.67 k Hz/V,随负载电流变化率为2.95 k Hz/A,峰值效率达96.43%,输出电压纹波为8.2 m V,负载调整率为0.93%,负载瞬态响应时间小于20μs。     

通信系统中超高效率Buck变换器设计考虑

目前,通信系统要求越来越快的处理速度.其内部专用集成芯片,处理器单元等电路所消耗的电流也越来越大,同时,为了减小系统的体积和尺寸,内部的低压大电流的DC/DC变换器不断向高频、高密度方向发展.频率的提高带来系统变换效率的降低,另外,由于世界范围能源危机和环境污染提出了对节能减排的要求,因此,基于高频的变换器必须采用新型的器件,从而可以保证系统既工作在高频状态下,实现小尺寸,小体积,又整体的提高系统的效率,实现节能减排的目的.效率的整体提高进一步降低了电源系统的发热量,提高系统的可靠性.通信系统内部的系统板上使用了大量的Buck变换器,本文将针对这种变换器进行详细的讨论.     

Buck型变换器的线性化小信号补偿前馈控制

为减小由输入电源扰动引起的输出电压工频纹波,改善DC/DC变换器动态性能,根据平均变量建模思想,为电压型PWM控制的Buck型变换器建立连续导电工作模式（CCM）下统一的平均变量等效电路。分析等效电路并根据前馈控制的不变性原理提出Buck型变换器针对输入电压扰动的线性化小信号补偿前馈控制原理及实现方法,采用该方法的Buck型变换器可快速补偿输入电压扰动,加快变换器在输入电压扰动时的动态调节过程,显著减小输出电压中包括工频在内的低频纹波,改善变换器的动态性能。仿真研究结果验证了文中线性化小信号补偿前馈控制原理、方法及其分析的正确性。     

一种基于ACOT的高效降压型DC/DC变换器

采用自适应恒定导通时间(Adaptive Constant On-Time,ACOT)控制模式,设计了一种高效的降压型DC/DC变换器。该电路结构简单,无需进行环路补偿,具有瞬态响应快、在全负载段内转换效率高、频率集中等优点。基于0.6μm 16VCD工艺,对设计的降压型DC/DC变换器进行仿真验证。结果表明,该变换器在轻载下的效率高于83%;在全负载范围内,最高效率达到97%;系统的工作频率不随输入电源电压变化,具有快速的瞬态响应速度。     

高频降压变换器的输出纹波分析

引言 同步降压型开关电源具有输出电流大、效率高等优点,非常适合电池供电、注重效率的便携式电子产品,如:笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、数码相机(DSC)、手机等.为了适应市场需求,零部件模块的体积愈来愈小,为达到这一要求,电源变换器可通过提高开关频率减小对电感和电容的需求,达到缩小体积的目标.     

高轻载效率PSM纹波优化降压型转换器的设计

提出了一种新型的PSM模式同步降压转换器。轻载时,通过将内部绝大多数模块关闭的方式,减小了静态电流和静态功率损耗,提高了效率。此外,通过Rdson控制技术减小了PMOS功率管的个数,通过增大Rdson,有效降低了轻载DCM模式下的输出纹波。电路采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺进行设计并流片,测试结果显示,在4.2 V输入、3.3 V输出下,10 mA轻载时的效率达到93%;负载从10 mA到500 mA变化时,输出纹波为50~90 mV,与设计仿真值相符。     

A Constant Frequency Output-Ripple-Voltage-Based Buck Converter Without Using Large ESR Capacitor

A constant frequency output-ripple-voltage based CMOS current-mode dc–dc buck converter, providing fast load transient response and reference-tracking speed, is proposed in this paper. Unlike ${V}^{2}$ control output-ripple-voltage based buck converter, the proposed buck converter can achieve fast and stable load transient response without relying on ESR value of output capacitor. In addition, the proposed converter has faster reference-tracking speed than the ${V}^{2}$ control counterparts by about 25 times.      

降压型DC-DC转换器自调节型斜坡补偿电路设计

本文给出一种用于降压型DC-DC转换器的自调节型斜坡补偿电路。文章从斜坡补偿的基本原理出发,根据电流环稳定的条件,设计出了一种补偿量随输入输出电压自动调节的斜坡补偿电路。该斜坡补偿电路的优化设计避免了因过补偿而带来的系统瞬态响应慢和带载能力低等不良影响。该电路基于华润上华0.5um CMOS工艺,使用Cadence仿真验证达到设计目标。     

降压型DC-DC转换器自调节型斜坡补偿电路设计

本文给出一种用于降压型DC-DC转换器的自调节型斜坡补偿电路.文章从斜坡补偿的基本原理出发,根据电流环稳定的条件,设计出了一种补偿量随输入输出电压自动调节的斜坡补偿电路.该斜坡补偿电路的优化设计避免了因过补偿而带来的系统瞬态响应慢和带载能力低等不良影响.该电路基于Samsung BCH4工艺设计,经Hspice仿真验证达到设计目标.     

A Fast Time Domain Digital Simulation Technique for Power Converters: Application to a Buck Converter with Feedforward Compensation

Small-signal analysis was performed earlier to demonstrate the marked improvement of dynamic properties and stability margins of a switching regulator employing a novel feedforward input filter compensation scheme. A large-signal nonlinear recurrent time domain model is presented for the converter to analyze the transient response due to a step input change with and without the presence of the proposed feedforward loop. The results are verified with experimental data.