Buck变换器环路稳定性的研究与设计

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1、国内图书分类号：TN43国际图书分类号：621．3密级：公开西南交通大学研究生学位论文旦巫变拯器叠路稳定性的硒窒生遮让年姓级三雯二二级名黄蒸王申请学位级别王堂亟±专业邀电王堂皇固签电王堂指导老师遏全退二零一四年五月ClassifledIndex：卫N43U．D．C：621．3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHANDDESIGNONLOOPSTABILITYFORBUCKCONVERTERGrade：2011Candidate：HuangSupingAcademicDegr

2、eeAppliedfor：MasterSpecialty：Microelectronics&Solid-StateElectronicsSupervisor：Pm￡FengQuanyuanMay,2014学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不

3、保密压彰使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：莒拓平指导老师签名：-A锄日期：护，铲，岁·17．日期：仂f-钣争，／rV西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．基于线性系统的控制理论，本文运用大信号分析法，推导出电压控制模式下Buck变换器从控制到输出的传输函数；运用小信号分析法，推导出电流控制模式下Buck变换器从控制到输出的传输函数。2．在电压控制模式的频率补偿时，无论是OPA型还是OTA型补偿器，由于3型补偿器比2型在低频时多提高一个可调零点，因此补偿效果较好，但是要

4、多增加外围器件。。3．在电流控制模式的频率补偿时，改进型的OPA型补偿器可改善低输出电压时的稳定性问题；OTA型补偿器能摆脱穿越频率对输入电压和负载的依赖性，补偿简单效果好。4．另外，在进行频率补偿时，芯片内部的补偿电容若是很大超过一百皮法，将占很大的面积，针对以上问题，本章最后一节设计了一种等效电容的有源补偿电路，通过模拟电路的倍乘原理，实现小电容等效大电容，以节省芯片的面积。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文

5、的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：黄芳乎日期：功，妒，5．胗——．一西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要开关电源以其高效便携等优点，广泛应用于汽车电子、计算机以及网络通信等领域。由于芯片系统的稳定性决定了其能否在外加扰动时正常工作，因此如何利用有限的芯片面积，在输出电压、输入电压和负载发生跳变的情况下均能保证系统的稳定性，一直是电源工程师们必须面对的难题。本文从匕述角度出发，专注研究Buck变换器的环路稳定性。本文的主要研究内容和创新性成果归纳如

6、下：1．基于线性系统的控制理论，本文运用大信号分析法，推导出电压控制模式下Buck变换器从控制至q输出的传输函数，分析此传输函数可知，电压控制模式在低频处有双重极点，因此其环路补偿较为复杂；运用小信号分析法，推导出电流控制模式下Buck变换器从控制到输出的传输函数，经过对』比传递函数的数学分析，验证了电流控制模式在穿越频率内的单极点性，以及其在半开关频率处的不稳定性。2．开关电源经常采用普通运算放大器(0PA)和开跨导放大器ffOTA)作为误差放大器，本文详细推导了这两种结构的传输函数及零极点，包括OPA型中的Type-I型、Type-II型

7、与Type-Ill型，OTA型中的Type-2A型、Type．-2B型、Type-3A型与Type-3B型。3．在进行电压控制模式的频率补偿时，针对OPA型补偿器，由于Type-m型补偿器在穿越频率内比Type-U型补偿器多提供了一个零点，且芯片外的阻容网络可调，因此，当输入输出电压或负载变化时，都可使环路很稳定；针对OTA型补偿器，由于Typc-2A型补偿器在输出电压较小时，穿越频率能超过奈奎斯特采样频率，补偿效果较差，而Type-3A补偿器在穿越频率内多提供了一个零点，目这个零点与外挂可调电容铅相关，因此可以改善这种缺点。4．在进行电流控

8、制模式的频率补偿时，针对OPA型补偿器，无论采用Type-II型还是Type．Ⅲ型，当输出电压Votrr很d"时，穿越频率快接近奈奎斯特采样频率，因此补偿效果不好。