快速响应的混合型降压变换器的研究与设计

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1、Ｉ巧風於巧）ＣＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＵＮＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＩＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥ１＾硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳｒ，ＩＩ论文题目快速喃应的混合型降压变换器的妍究与设计学科专业微电子学与固体电子学学号２０１２２１０３０２３３Ｊｆ作者姓名王磊？指导教师罗萍教授—ＩＷｍ独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工。中特别加Ｗ标注和致谢的地作及取得的研究成果据我所知，除了文己经发表或撰写过的研究成果，也不

2、包含方外，论文中不包含其他人为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。（。日－、：作者签名：）毛日期心ｒ年ｒ月论文使用授校本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁。本人授权电子科技大学可将学位论文盘，允许论文被查阅和借阅、的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）

3、名：作者签名；＾。导师签葦—争章文日期：三。ＩＬ年月巧日分类号密级注1UDC学位论文快速响应的混合型降压变换器的研究与设计（题名和副题名）王磊（作者姓名）指导教师罗萍教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2015.03论文答辩日期2015.05学位授予单位和日期电子科技大学2015年06月25日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。RESEACHANDDESIGNOFFASTRESPONSEHYBRIDBUCKCONVERTERAMasterThesisSub

4、mittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAuthor:WangLeiAdvisor:Prof.LuoPingSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics摘要摘要随着半导体工艺的进步，晶体管的尺寸大幅缩小使得片上系统(SoC,SystemonChip)电路的工作频率大幅提升高达GHz。数以百万计的晶体管频繁地开关会导致电源负载频繁

5、地波动，这就为电源管理单元（PMU,PowerManagementUnit）的设计带来巨大挑战。DC-DC因其较高的电源变换效率成为PMU中不可或缺的一部分。为满足SoC快速切换工作状态的要求，这就需要开关电源能提供快速瞬态响应。PWM调制模式作为DC-DC最常用的控制模式其采用固定的开关频率，由于有限的环路带宽和电感电流摆幅使得这种方式瞬态响应速度较慢。低压差线性变换器(LDO,LowDropoutRegulator)作为PMU中另一个重要部分，其主要特点在于能提供较大的环路带宽，保证快速的瞬态响应。混合模式变换器（HBC,HybridBuckConvert

6、er）结合了大环路带宽和良好的电源变换效率的优势而得到广泛关注和应用。其主要特点是DC-DC变换器和LDO并联运行。当系统工作于稳态时，负载电流由DC-DC变换器提供，负载发生阶跃时，其瞬时电流由快速响应的LDO提供，同时DC-DC通过反馈回路调节其输出电流的大小，逐渐增大或者减小其输出电流直至输出电压稳定，且此时LDO不再为负载提供电流，负载电流完全由DC-DC提供。HBC结合了两种变换器的优点，同时实现了快速瞬态响应和高变换效率。本文针对快速响应的要求，设计了一种HBC结构。PWM控制模式的Buck变换器和推挽模式LDO同时工作，且无缝切换，为负载提供快速

7、的瞬态响应。本文首先分析HBC中所采用到的主要技术原理和理论基础。重点介绍了一种采用数字辅助的方式对推挽结构静态电流的控制，以及伪三型环路补偿技术。然后根据相关指标要求，完成功率级相关参数的设计和系统中各环路的设计。接着介绍了子模块电路的设计和仿真验证。最终通过系统整体仿真验证了本文所设计的HBC在瞬态响应速度上的提升。关键词：混合型电压变换器，静态电流控制，快速瞬态响应，伪三型补偿IABSTRACTABSTRACTNowadays,theaggressivetransistorscalingofsemiconductortechnologieshaspush

8、edthecoreoperationf