恒定导通时间电容电流控制Buck变换器研究

由于输出电容电压相位滞后电感电流相位,当输出电容等效串联电阻(ESR)较小时,恒定导通时间V^2(V^2-COT)控制Buck变换器将工作在不稳定状态。针对该问题,提出开关变换器的恒定导通时间电容电流(CC-COT)控制技术,并阐述了其工作原理。通过基于描述函数法建立的小信号模型和Routh-Hurwiz判据,研究CC-COT控制Buck变换器的稳定性。研究结果表明,CC-COT控制技术具有快速瞬态响应速度,且不存在因输出电容ESR较小而引起的不稳定现象。

基于恒定导通时间的V^2控制方法研究

恒定导通时间控制的Buck电路瞬态响应速度快,控制电路简单,但其电压调整率差,影响了其在电压调整模块(VRM)中的应用。为了提高其电压调整率,本文首先分析了基于恒定导通时间控制的Buck电路电压调整率差的原因,提出并分析了基于恒定导通时间的V2控制,通过仿真和实验对比了这两种控制方法,结果证明了基于恒定导通时间的V2控制方法具有快速的瞬态响应,而且提高了电压调整率,与恒定导通时间控制相比更适合应用在电压调整模块中。

恒定导通时间控制二次型Buck变换器分析

分析了二次型Buck变换器的工作原理,研究了恒定导通时间(COT)控制二次型Buck变换器的实现过程,揭示了输出电容等效串联电阻对控制性能的影响,并给出了COT控制二次型Buck变换器发生脉冲簇发现象的临界输出电容等效串联电阻值。研究结果表明,当输出电容等效串联电阻小于临界值时,出现脉冲簇发现象,导致输出电压纹波增大;当输出电容等效串联电阻大于临界值时,脉冲簇发现象消失,电路正常工作。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

恒定导通时间双频率控制开关变换器

本文提出并研究了一种新型开关变换器控制技术——恒定导通时间双频率(COT-BF)控制技术。COT-BF控制技术利用两组预先设定的具有相同导通时间但不同开关频率的控制脉冲,实现对开关变换器输出电压的调整。COT-BF控制器实现简单,无需误差放大器及其相应的补偿网络。本文以电感电流断续导电模式(DCM)Buck变换器为例,研究了COT-BF控制开关变换器的工作原理及控制策略,并进行了实验研究。实验研究结果表明,COT-BF控制DCM Buck变换器具有比传统电压型脉冲宽度调制开关变换器更快的瞬态响应速度和更低的电磁干扰。

恒定导通时间控制Buck变换器的间隔周期斜率补偿方案

提出一种改进的斜率补偿方式,用以改善恒定导通时间控制模式Buck变换器的稳定性。与传统方法相比,所提方法以数字化控制的方式间隔周期提供斜率补偿信号,能更加有效地消除次谐波振荡。此外,该方法可根据相邻周期关断时间的偏差来自适应地调节补偿信号的斜率。这使得系统在稳态时仅需少量的斜率补偿,有效地降低了补偿信号对恒定导通时间控制快速响应能力的影响。通过理论量化分析和实验对比验证了所提方法的可行性。

恒定导通时间控制Buck变换器电感和负载电阻的稳定性机理

恒定导通时间(constant on-time,COT)控制Buck变换器的稳定性不仅受输出电容等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)的影响,还受电感和负载电阻的影响。为了研究电感和负载电阻的稳定性机理,建立了COT控制Buck变换器的分段线性模型。利用分岔图、特征根轨迹研究了输出电容ESR较小时COT控制Buck变换器随电感和负载电阻变化时的动力学特性。结果表明,随着电感减小或负载电阻增大,Buck变换器由阵发混沌状态经边界碰撞分岔进入到稳定的电感电流断续导电模式(discontinuous conduction mode,DCM)周期1状态。进一步,推导了确保变换器稳定工作的电感和负载电阻的临界表达式。最后,数值仿真和理论分析得到了实验结果的验证。研究结果可以有效地指导COT控制Buck变换器的电路参数设计。

恒定导通时间控制单电感双输出CCM Buck变换器

以工作于电感电流连续导电模式(CCM)的单电感双输出(SIDO)Buck变换器为研究对象,为提高其瞬态响应速度,提出了恒定导通时间(COT)控制SIDO CCM Buck变换器。详细分析了COT控制SIDO CCM Buck变换器的工作原理和工作时序。与传统共模电压-差模电压控制SIDO CCM Buck变换器进行了对比分析。研究结果表明:本文提出的COT控制SIDO CCM Buck变换器不需要误差放大器及补偿网络,具有实现简单、瞬态响应快和输出支路间交叉影响小的优点。

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。

提高频率与纹波特性的自适应导通时间控制器

针对伪固定频率自适应导通时间控制器频率特性差与输出纹波大的问题,提出了一种新颖的内部补偿改进方案。一方面通过在内部导通时钟电路中加入校正补偿方案,提高了系统开关频率的稳定性;另一方面在每次高端功率管导通时,在基准上开始叠加与开关周期呈正比的斜坡补偿信号,并在同步续流管关断时,使叠加信号复位,降低了输出反馈端对纹波的要求。该设计方案已在一款基于0.5μm BCD工艺的单片DC-DC控制器芯片中得到验证,测试结果显示,系统工作频率稳定在400kHz,随输入输出电压变化小于5%。负载电流从0～6A的突变中,输出电压的上升与下降沿的跳变小于70mV,且稳定后的纹波小于20mV。

一种适用于恒定导通时间控制的高性能定时器电路

本文提出一种适用于恒定导通时间控制的开启时间定时器电路。电路中采用与输入电源电压成正比的电流对电容充电,从而实现定时器的定时时间与输入电源电压成反比,解决了传统恒定导通时间控制中系统工作频率随输入电源电压变化的问题。为了获得高的定时精度,开启时间定时器中的比较器采用了自适应偏置技术,根据输入电源电压的情况动态地设置定时器中比较器的偏置电流。基于0.6μmCD工艺,对所设计开启时间定时器电路进行仿真验证。结果表明,本文所设计的开启时间定时器电路,能够始终保证高的定时精度。同时由于定时时间与输入电源电压成反比,在系统中引入了前馈,极大地提高了系统的线性响应速度。

一款高效率宽输入电压边界导通模式反激变换器

本文提出了一款高效率、宽输入电压的边界导通模式反激变换器结构。为了防止负载切换过程中芯片过压和欠压,提出了一种由电流调节电路(CRC)与自适应频率控制电路(AFCC)组成的新型模式切换环路,实现了芯片在不同模式之间的平滑切换,提高了负载的瞬态响应和转换效率;通过在环路中引入电流调节控制技术,减小了低纹波突发模式(LRBM)下的原边充电电流和输出最小负载电流,从而减小轻负载下的开关频率,降低功耗。基于0.18μmBCD工艺,实现了电路设计和版图设计,芯片面积为1.48×2.5mm^(2)。仿真结果表明,变换器在输入电压为3~32V、输出电压为5V时,轻、重负载切换过程中的输出电压瞬态响应最大变化为6%,峰值转换效率为88.6%。

恒定导通时间控制的交错式功率因数校正电路

常规单相Boost功率因数校正(PFC)电路存在功率器件电压开关应力大问题,对此提出了一种基于电感电流临界导通模式的恒定导通时间(Constant On-Time,COT)控制方法。运用COT控制策略,开关管在低压时实现零电压(ZVS)开通,高压时实现谷压(VS)开通,大大地降低了功率开关器件的电压应力。论文分析了电路的工作原理,讨论其设计方案,并研制了一台600 W样机。实验结果表明:该交错并联PFC变换器降低了输入、输出电流纹波和开关器件的电流应力,降低了变换器的开关损耗和电磁干扰。

提高降压变换器轻载效率的改进型恒定导通时间控制方法

本文提出一种数字化控制方法,用以提高恒定导通时间控制Buck变换器的轻载效率。不同于传统恒定导通时间控制方法,所提方法通过增大恒定导通时间控制Buck变换器轻载状态时的导通时间,以进一步降低变换器开关损耗、提高轻载效率。此外,所提方法无需增加外部传感检测电路,可直接根据开关频率变化来判断电感电流过零点,使变换器工作在电感电流断续状态以降低导通损耗。通过理论分析和相应实验验证了所提方法的可行性。

基于自适应时间导通控制的直流开关变换器设计

针对传统Buck变换器存在响应速度慢、过冲大、稳定性差等问题,提出了一种具有宽输入输出电流模式自适应导通时间(current mode adaptive on time,CM-AOT)控制方法以提升Buck变换器的工作性能.在研究中,补偿电路和一种新型的TON发生器可以通过自然增减负载升压或降压瞬态中的开启时间来改善瞬态性能.转换器在稳态下呈伪恒定频率状态,并且频率不会随输入和输出的变化而变化.由于TON的变化仅发生在瞬态区间,因此不会影响COT控件的小信号特性.电路理论分析与仿真结果表明,此新型控制方法可显著提升开关响应速度,有效降低电压过冲,且具有较宽的输入输出,可适用于多种实际应用场景.

Diodes自适应恒定导通时间转换器提供卓越瞬态响应及高精度直流输出

Diodes公司（Diodes Incorporated）新推出的自适应恒定导通时间同步降压转换器AP65355及AP65455具有低压调节功能，并分别在3A和4A连续输出电流下提供卓越的高效率瞬态响应及高精度直流输出。应用范围包括游戏机、电视、电脑显示屏等消费性电子产品，以及网络系统和绿色环保电子产品。

基于改进恒导通时间控制的临界连续导通模式Boost功率因数校正变换器

为改善临界连续导通模式(BCM)Boost功率因数校正(PFC)变换器输入电流总谐波畸变率(THD),该文提出一种改进恒导通时间(COT)控制,分析改进COT控制对输入电流THD和变换器效率的影响;通过改进电流过零检测(ZCD)电路实现电感电流过零信号的提前检测,补偿信号传播延时的影响,缩短甚至消除反向谐振过程,改善输入电流THD的同时不增加控制的复杂度。最后,该文搭建一台160W BCM Boost PFC变换器实验样机,验证所提改进COT控制的可行性和有效性。

固定导通时间半滞环脉冲序列控制Boost变换器研究

针对工作于电感电流连续导电模式的脉冲序列控制开关变换器存在的低频振荡问题,提出了开关变换器的固定导通时间半滞环脉冲序列控制技术,分析了固定导通时间半滞环脉冲序列控制连续导电模式Boost变换器的工作原理及其控制规律。研究结果表明,半滞环脉冲序列控制消除了脉冲序列控制连续导电模式Boost变换器存在的低频振荡现象。

V^2恒定导通时间控制Buck变换器稳定机理分析

通过分析扰动后电感电流变化和输出电容电荷变化,导出V^2恒定导通时间(Constant On-Time,COT)控制Buck变换器发生次谐波振荡的临界条件,进一步建立了V^2-COT控制Buck变换器的分段线性模型,通过随输出电容等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)变化的分岔图分析了变换器的稳定机理。最后,制作实验样机,验证了理论分析的结果。

一种恒定导通时间的开关电源过流保护电路设计

设计了一种适用于恒定导通时间Buck型DC-DC控制器的过流保护电路。采用两个不同限流门限技术,并对门限进行温度补偿。过流后,利用计数器对开关周期计数,当超过设定值持续过流时,实现门限降低,以达到更低的恒定输出电流。基于0.5μm BiCOMS工艺进行系统仿真验证,达到系统要求。

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。