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基于PVTL变化的集成电流模DC-DC变换器稳定性研究

王红义  
【摘要】: 集成DC-DC变换器的高效率、低成本、小体积使得其应用前景非常广阔,但工艺(P)、电压(V)、温度(T)、负载(L)的变化都严重影响性能的进一步提高,且影响机理复杂多样,本文着力于研究PVTL变化情况下DC-DC性能指标和环路保持稳定的理论和方法,研究成果包括: 1.提出改进的电流采样电路,使得采样比例仅依赖于同类型器件的尺寸比例,而与器件具体参数无关,基本消除了工艺、温度、电压的影响,使采样稳定性大幅提高。 2.分析揭示了斜坡补偿、电流采样和输入输出电压之间的内在联系,提出一种自适应斜坡补偿方法,保证了电流环路稳定,可集成于任何同步整流变换器中。 3.针对斜坡补偿影响芯片大占空比带载能力的问题,提出新的电感电流限流方案,减小了斜坡补偿对电感电流最大值的影响,保证了不同占空比时带载能力的稳定。 4.提出两种曲率校正方法保证温度变化时基准电压的稳定:一是“分段线性”曲率校正,将整个温度区间分为若干个子区间,采用不同的线性函数分别补偿达到最优。补偿余差因温度区间缩小而随之减小。二是“二次曲线”曲率校正,利用MOS管饱和电流与“过驱动电压”的平方关系,产生相对于温度差的二次补偿量进行高阶补偿,获得更小的温度系数。 5.提出简便的环路稳定性验证方法,将稳定性问题分解为两部分分别处理:对于电流回路,固定电流调制器控制量,利用瞬态扫描改变输入输出电压进行验证;对于电压回路,将电流调制器等效为压控电流源进行线性化,可以得到波特图进行验证。 6.针对降压型DC-DC抗振铃设计存在的困难提出新方法,在芯片内部设计“时变电阻网络”将电感的一端与电源(或地)进行连接。电阻由小逐渐变大,振铃结束后完全断开,达到抗振铃的目的,保证了EMI频谱的稳定。 7.可测性是稳定性分析的前提,采用引脚复用技术和时序逻辑,在芯片内部增加很少的测试电路,实现了在芯片外引脚上对众多内部参数的测量。 8.提出复合差分电压比较器设计方法,利用关系运算和逻辑运算的特殊性,通过差分对管本身实现电流路径切换,多个比较器仅利用一路尾电流依次偏置工作,冗余的比较器被切断,功耗大幅降低。


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