基于pvtl变化的集成电流模dcdc变换器稳定性的研究

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1、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(D、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

2、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问，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

3、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

4、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。关键词：DC．DC变换器稳定性斜坡补偿曲率校正抗振铃内建可测性ABSTRACTDuetothepredominanceofllighefficiency,lowcostandsmallsize．theintegratedDC—DCconvertersarewidelyused．Butthefurther

5、improvementofitsperformanceisseriouslyrestrictedbythevariationsofProcess，Voltage，TemperatureandLoading(PVll】．ThisdissertationfocusesOUthestabilitytheoriesandmethodsoftheconverterperformanceandcontrolloopattheconditionofPVTLvariation．11lecontributionsofthis

6、dissertationarelistedbelow．1．Improvedcurrent—sensingcircuitByusingtheimprovedcircuittosensetheinductorcurrent，thesenseratioonlydependsonthesizeratioofsametypedevices，andisindependentofthedevice’Sparameters．Sotheinfluencesoftheprocess，temperatureandvoltagea

7、tenearlyeliminated．Thestabilityofcurrent-sensingissignificantlyimproved．2．AdaptiveslopecompensationTheinherentrelationshipbetweenslopecompensation，current·sensing,supplyvoltageandoutputvoltageisdiscovered．Thenanadaptiveslopecompensationtheoryispresentedtog

8、uaranteethestabilityofcurrentloop．Itcanbeappliedinanyintegratedsynchronousswitchingregulators．3．ReducingtheslopecompensationeffectTheslopecompensationcanweakentheloadingabilityathighdutycycle．Inordertocancelt