一種帶自動選頻PLL控制的電流滯環(huán)Buck電路的設計.pdf

1、在目前移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的浪潮中，移動電子設備的種類和數(shù)量越來越多。由于這些設備使用電池供電，延長電池的使用壽命顯得尤其重要。而開關變換器相比線性穩(wěn)壓器在效率方面有著先天的優(yōu)勢，故開關變換器的研究也是當下的趨勢。在移動設備中，由于工作狀態(tài)經(jīng)常在待機模式和工作模式之間不斷切換，負載電流也會在輕負載和重負載之間不斷變化，這會造成輸出電壓的瞬態(tài)變化。因此，需要不斷提高開關變換器的控制速度來減小瞬態(tài)電壓尖峰和恢復時間。
　　本文針對提高B

2、uck型DC-DC的效率和控制速度提出了一種帶自動選頻PLL控制的電流滯環(huán)Buck型DC-DC的設計。本文首先對Buck型DC-DC的控制方法進行了分析和比較，得出電流滯環(huán)控制相比其他控制方法在控制速度和輕負載效率方面都有優(yōu)勢，故本文采用電流滯環(huán)控制，但為了解決傳統(tǒng)電流滯環(huán)控制頻率變化范圍大的問題，本文加入了鎖相環(huán)(PLL)來鎖定開關頻率。之后本文重點分析了Buck型DC-DC的損耗來源，得出了提高效率的三種途徑：
　　1）在輕負

3、載時隨負載電流減小而降低開關頻率；
　　2）在輕負載時自動從連續(xù)導通模式（CCM）變換到斷續(xù)導通模式（DCM）；
　　3）利用無損電感電流采樣電路。由于本方案中加入了鎖相環(huán)，為了實現(xiàn)輕負載時降低頻率，本文設計了一種參考頻率選擇電路。該電路能夠根據(jù)負載大小自動選擇125kHz、250kHz、500kHz和1Mhz中使效率最佳的開關頻率作為參考頻率，并提供給鎖相環(huán)。由于這些參考頻率之間成倍數(shù)關系，因此使輸出電壓的頻譜可以預測，有

4、利于EMI濾波器的設計。
　　然后，本文對方案中的控制環(huán)路和鎖相環(huán)分別進行了建模分析。并利用Simplis軟件仿真驗證了模型的準確性，因此可以依據(jù)該模型對環(huán)路進行設計。
　　最后，采用SMIC0.18μm工藝對系統(tǒng)進行了仿真驗證，結(jié)果顯示系統(tǒng)能夠根據(jù)負載變化而自適應選擇最佳的開關頻率。對輸入電壓和負載電流變化的瞬態(tài)響應恢復時間都在30μs以內(nèi)，電壓尖峰小于15mV，峰值效率為95.7％@負載電流為300mA，輕負載效率也能達