快速瞬態(tài)響應(yīng)電壓調(diào)節(jié)器控制方法的研究.pdf

1、微處理器的運(yùn)算速度不斷提高，因此對(duì)為其供電的電壓調(diào)節(jié)器(VR)的指標(biāo)要求也越來越高。為了滿足微處理器進(jìn)一步發(fā)展的需要，在負(fù)載變化時(shí)，VR需要具有更快的響應(yīng)速度。VR響應(yīng)速度的提高可以從改善功率級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和提高控制電路控制性能兩個(gè)角度來考慮，本文即是從提高控制電路控制性能的角度出發(fā)研究具有快速負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)的V2控制方法和V2C控制方法。 為了加深對(duì)控制對(duì)象—功率級(jí)的了解，論文首先深入研究了考慮濾波電容串聯(lián)寄生電阻(ESR)的VR功

2、率級(jí)電路器件參數(shù)對(duì)VR的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)特性的影響，對(duì)VR的負(fù)載突變時(shí)的響應(yīng)波形進(jìn)行了詳細(xì)分析，并推導(dǎo)出其定量的表達(dá)式。最后通過時(shí)域仿真對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。在對(duì)控制對(duì)象分析的基礎(chǔ)上，論文對(duì)VR的控制方法進(jìn)行了深入的研究。論文首先研究了V2控制方法，利用狀態(tài)空間平均法建立了連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)下V2控制Buck變換器的小信號(hào)模型，并首次建立了V2控制Buck變換器的y參數(shù)模型，通過理論分析及仿真證明了在CCM模式下V2控制方法對(duì)于負(fù)載

3、突變具有比電流型控制方法更快的響應(yīng)速度。在輕載時(shí)VR將可能工作于不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)，論文利用平均開關(guān)模型的建模方法建立了DCM模式V2控制Buck變換器的輸入級(jí)小信號(hào)模型和輸出級(jí)小信號(hào)模型，進(jìn)而得到了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)。通過理論分析并與電流型和電壓型控制方法的小信號(hào)模型進(jìn)行了比較，得出了在DCM模式下V2控制方法對(duì)于負(fù)載突變?nèi)匀痪哂斜入娏餍涂刂品椒ǜ斓捻憫?yīng)速度的結(jié)論，并通過頻域仿真和時(shí)域仿

4、真進(jìn)行了驗(yàn)證。 由于V2控制方法不能對(duì)負(fù)載電流進(jìn)行控制，論文在V2控制方法的基礎(chǔ)上引入電感電流的內(nèi)環(huán)反饋，提出了V2C控制方法，利用狀態(tài)空間平均法建立了CCM模式V2C控制Buck變換器的小信號(hào)模型，并得到了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)，理論分析表明在CCM模式下V2C控制方法對(duì)于負(fù)載突變具有比V2控制方法更快的響應(yīng)速度。并通過仿真對(duì)該結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。采用DCM模式V2控制Buck變換器同樣的建模方

5、法建立了DCM模式V2C控制Buck變換器的輸入級(jí)小信號(hào)模型和輸出級(jí)小信號(hào)模型，進(jìn)而得到了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)。理論分析表明在DCM模式下對(duì)于負(fù)載突變V2控制方法的響應(yīng)速度優(yōu)于V2C控制方法。并通過仿真對(duì)該結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。 在以Buck變換器為控制對(duì)象的研究基礎(chǔ)上，論文亦對(duì)以Boost變換器為控制對(duì)象的瞬態(tài)特性進(jìn)行了研究。詳細(xì)分析了考慮輸出電容ESR的B∞st變換器的輸出電壓紋波波形，進(jìn)而得

6、出了V2控制方法不適用于控制Boost變換器而V2C控制方法適用于Boost變換器的結(jié)論。利用狀態(tài)空間平均法建立了CCM模式V2C控制Boost變換器的小信號(hào)模型，并求出了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)，通過理論分析和仿真驗(yàn)證了在CCM模式下對(duì)于負(fù)載突變，V2C控制Boost變換器具有比電流型控制方法更快的響應(yīng)速度。在對(duì)CCM模式V2C控制Boost變換器研究的基礎(chǔ)上，建立了DCM模式V2C控制Boost變換

7、器的輸入級(jí)小信號(hào)模型和輸出級(jí)小信號(hào)模型，進(jìn)而得到了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)。理論分析表明在DCM模式下對(duì)于負(fù)載突變V2C控制Boost變換器具有比電流型控制方法更快的響應(yīng)速度。并通過仿真對(duì)該結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。 通過對(duì)V2控制Buck變換器和V2C控制Buck變換器的小信號(hào)模型分析，在分析傳統(tǒng)的電壓型和電流型控制方法的小信號(hào)模型的基礎(chǔ)上建立了適用于四種控制方法的通用模型，并對(duì)其各自的模型參數(shù)以及傳遞