Buck變換器環(huán)路穩(wěn)定性的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、開關(guān)電源以其高效便攜等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車電子、計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。由于芯片系統(tǒng)的穩(wěn)定性決定了其能否在外加擾動(dòng)時(shí)正常工作，因此如何利用有限的芯片面積，在輸出電壓、輸入電壓和負(fù)載發(fā)生跳變的情況下均能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一直是電源工程師們必須面對(duì)的難題。本文從上述角度出發(fā)，專注研究Buck變換器的環(huán)路穩(wěn)定性。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新性成果歸納如下:
　　1.基于線性系統(tǒng)的控制理論，本文運(yùn)用大信號(hào)分析法，推導(dǎo)出電壓控制模式下Buck

2、變換器從控制到輸出的傳輸函數(shù)，分析此傳輸函數(shù)可知，電壓控制模式在低頻處有雙重極點(diǎn)，因此其環(huán)路補(bǔ)償較為復(fù)雜;運(yùn)用小信號(hào)分析法，推導(dǎo)出電流控制模式下Buck變換器從控制到輸出的傳輸函數(shù)，經(jīng)過對(duì)此傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)分析，驗(yàn)證了電流控制模式在穿越頻率內(nèi)的單極點(diǎn)性，以及其在半開關(guān)頻率處的不穩(wěn)定性。
　　2.開關(guān)電源經(jīng)常采用普通運(yùn)算放大器(OPA)和開跨導(dǎo)放大器(OTA)作為誤差放大器，本文詳細(xì)推導(dǎo)了這兩種結(jié)構(gòu)的傳輸函數(shù)及零極點(diǎn)，包括OPA型中的

3、Type-Ⅰ型、Type-Ⅱ型與Type-Ⅲ型，OTA型中的Type-2A型、Type-2B型、Type-3A型與Type-3B型。
　　3.在進(jìn)行電壓控制模式的頻率補(bǔ)償時(shí)，針對(duì)OPA型補(bǔ)償器，由于Type-Ⅲ型補(bǔ)償器在穿越頻率內(nèi)比Type-Ⅱ型補(bǔ)償器多提供了一個(gè)零點(diǎn)，且芯片外的阻容網(wǎng)絡(luò)可調(diào)，因此，當(dāng)輸入輸出電壓或負(fù)載變化時(shí)，都可使環(huán)路很穩(wěn)定;針對(duì)OTA型補(bǔ)償器，由于Type-2A型補(bǔ)償器在輸出電壓較小時(shí)，穿越頻率能超過奈奎斯特采

4、樣頻率，補(bǔ)償效果較差，而Type-3A補(bǔ)償器在穿越頻率內(nèi)多提供了一個(gè)零點(diǎn)，且這個(gè)零點(diǎn)與外掛可調(diào)電容Cff相關(guān)，因此司以改善這種缺點(diǎn)。
　　4.在進(jìn)行電流控制模式的頻率補(bǔ)償時(shí)，針對(duì)OPA型補(bǔ)償器，無論采用Type-Ⅱ型還是Type-Ⅲ型，當(dāng)輸出電壓VOUT很小時(shí)，穿越頻率快接近奈奎斯特采樣頻率，因此補(bǔ)償效果不好。針對(duì)這個(gè)問題，本文設(shè)計(jì)的改進(jìn)型的OPA型補(bǔ)償器，只需在芯片外部增加一個(gè)可調(diào)電阻就可行;針對(duì)OTA型補(bǔ)償器，本文推導(dǎo)出系統(tǒng)若