一种适用于基于纹波的恒定导通时间架构Buck变换器片内纹波补偿方案

提出一种新颖的可以集成在芯片内部的纹波补偿方案,解决了当陶瓷电容作为基于纹波的恒定导通时间(RBCOT)架构Buck变换器输出滤波电容时出现的次谐波振荡问题。此纹波补偿方案在不增加任何IC外围元件的条件下,可增强系统稳定性且具有良好的瞬态响应性能。采用描述函数(DF)方法对所提出的纹波补偿方案进行小信号建模与稳定性分析。Simplis仿真结果证明了所推导的系统模型与稳定性判据,实验结果进一步验证了理论分析。

COT架构Buck型转换器的纹波补偿电路

针对恒定导通时间(COT)架构的DC/DC Buck变换器,在输出电容的等效串联电阻(ESR)较小时出现的次谐波振荡问题,提出了一种纹波补偿电路,通过纹波补偿减小环路稳定性对于输出电容的大ESR的依赖,并且可通过数控电流源设置电流,从而调节补偿纹波的大小。采用提出的方法,实现了一款基于tsmc180rf工艺的DC/DC Buck变换器,其中输入电压为3.3 V,输出电压为0.9 V,带负载能力为1.5 A。实验结果显示,应用此方法的转换器,其输出电压纹波仅为2.4 mV。该方法可以在保证环路稳定性的同时,避免过补偿,为DC/DC转换器的纹波补偿设计提供了新的思路。

基于纹波补偿的恒定导通时间控制Buck变换器

针对恒定导通时间(COT)控制的Buck变换器,在输出滤波电容的等效串联电阻(ESR)较小时出现次谐波震荡问题,提出了一种基于纹波补偿的恒定导通时间控制技术。通过引入输出滤波电容的等效串联电阻(ESR)的纹波电压补偿,使反馈电压的纹波得以增强,从而改善系统的稳定性。仿真和实验结果表明,采用提出的方法,当输出滤波电容的等效串联电阻(ESR)较小时,系统仍然具有较强的稳定性。

COT架构降压型变换器片上纹波补偿电路

基于0.18μm 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5V,温度为25℃的条件下,芯片输出电压的纹波仅为2.15mV,通过纹波补偿电路的反馈电压的纹波为37mV,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12.6mV。

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。

COT控制Buck变换器仿ESR电压纹波技术研究

当输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)较小时,传统的固定导通时间(constant on-time,COT)控制的Buck变换器可能工作在不稳定的混沌状态。因此,文章提出COT控制的Buck变换器的仿ESR电压纹波(simulated voltage ripple,SVR)技术,通过构造与ESR电压纹波同步变化的纹波电压,并将此电压叠加到控制环路,实现了低ESR输出电容COT控制Buck变换器的稳定工作。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

COT模式下内置纹波补偿技术的Buck变换器

当输出旁路电容为陶瓷电容等低等效串联电阻(equivalent series resistance, ESR)电容时,传统固定导通时间(constant on-time, COT)模式下的同步降压变换器容易出现周期性振荡现象。对此,提出一种可内置于芯片的纹波补偿技术。通过将与ESR电压纹波成比例同步变化的量注入到补偿电路中,并将该电压与直流参考电压比较,以实现当使用低ESR电容时,COT架构的降压器能稳定工作。同时通过仿真及实验结果验证了对稳定性和纹波补偿相关分析的正确性。

基于COT架构的过流保护电路设计

恒定导通时间架构(COT)具有相对简单的控制回路,响应更迅速,工作频率可以随负载变化而变化,因此受到业界广泛关注。作为电源管理的关键模块,过电流保护可以有效避免设备发生过载、短路等问题,文章针对基于COT架构Buck转换器的过电流保护电路设计进行了研究,提出可调节门限、具备温度补偿的过流保护电路。

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 kHz/V,随负载电流变化率为2.95 kHz/A,峰值效率达96.43%,输出电压纹波为8.2 mV,负载调整率为0.93%,负载瞬态响应时间小于20μs。

谐振电容电压反馈单输入多输出反激式变换器

为减少小功率供电电源的器件使用数量、降低成本和提高变换效率,提出一种谐振电容电压反馈控制的不对称半桥反激式变换器。采用一次侧谐振电容电压反馈控制方式,简化了隔离型单输入多输出变换器的控制结构;采用恒定导通时间控制器,从而省去反馈补偿网络电路的设计;反馈信号取自一次侧谐振电容电压,具有反馈电压纹波大的特点,这会引起恒定导通时间控制出现脉冲破裂现象,变换器不能稳定工作。为抑制谐振电压反馈纹波大引起脉冲破裂的问题,采用纹波补偿恒定导通时间控制抑制反馈信号的电压纹波,从而使变换器工作稳定。最后通过实验样机验证了理论分析及设计方法的可行性。

一种适用于低ESR应用的高精度RBCOT环路

提出了一种适用于低ESR电容、具有快速瞬态响应和高输出精度的纹波控制COT(RBCOT)实现电路,并利用改进的等效三端开关模型,对包含分压网络的控制环路进行了精确的小信号建模。该环路在保持快速瞬态响应能力的同时,利用SW点的1阶滤波信号来产生虚拟电感电流纹波,避免了次谐波振荡现象。通过谷值采样电路,对滤波信号的谷值进行采样。采样电路在每个开关周期执行刷新操作,并在上电和瞬态变化阶段进行加速充电。纹波叠加电路将增强纹波和谷值采样信号精确地叠加到反馈电压端,保证电路输出精度较高。采用0.35μm 18 V BCD工艺,对纹波控制COT控制环路进行仿真。结果表明,在4.5~18 V输入电压范围内,输出电压的失调在1 mV范围以内,控制环路可以对瞬态变化进行快速调整。

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。