快速瞬態(tài)響應電壓調(diào)節(jié)器控制方法的研究.pdf

1、微處理器的運算速度不斷提高，因此對為其供電的電壓調(diào)節(jié)器(VR)的指標要求也越來越高。為了滿足微處理器進一步發(fā)展的需要，在負載變化時，VR需要具有更快的響應速度。VR響應速度的提高可以從改善功率級拓撲結構和提高控制電路控制性能兩個角度來考慮，本文即是從提高控制電路控制性能的角度出發(fā)研究具有快速負載動態(tài)響應的V2控制方法和V2C控制方法。 為了加深對控制對象—功率級的了解，論文首先深入研究了考慮濾波電容串聯(lián)寄生電阻(ESR)的VR功

2、率級電路器件參數(shù)對VR的負載瞬態(tài)響應特性的影響，對VR的負載突變時的響應波形進行了詳細分析，并推導出其定量的表達式。最后通過時域仿真對理論分析結果進行了驗證。在對控制對象分析的基礎上，論文對VR的控制方法進行了深入的研究。論文首先研究了V2控制方法，利用狀態(tài)空間平均法建立了連續(xù)導電模式(CCM)下V2控制Buck變換器的小信號模型，并首次建立了V2控制Buck變換器的y參數(shù)模型，通過理論分析及仿真證明了在CCM模式下V2控制方法對于負載

3、突變具有比電流型控制方法更快的響應速度。在輕載時VR將可能工作于不連續(xù)導電模式(DCM)，論文利用平均開關模型的建模方法建立了DCM模式V2控制Buck變換器的輸入級小信號模型和輸出級小信號模型，進而得到了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)。通過理論分析并與電流型和電壓型控制方法的小信號模型進行了比較，得出了在DCM模式下V2控制方法對于負載突變?nèi)匀痪哂斜入娏餍涂刂品椒ǜ斓捻憫俣鹊慕Y論，并通過頻域仿真和時域仿

4、真進行了驗證。 由于V2控制方法不能對負載電流進行控制，論文在V2控制方法的基礎上引入電感電流的內(nèi)環(huán)反饋，提出了V2C控制方法，利用狀態(tài)空間平均法建立了CCM模式V2C控制Buck變換器的小信號模型，并得到了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)，理論分析表明在CCM模式下V2C控制方法對于負載突變具有比V2控制方法更快的響應速度。并通過仿真對該結論進行了驗證。采用DCM模式V2控制Buck變換器同樣的建模方

5、法建立了DCM模式V2C控制Buck變換器的輸入級小信號模型和輸出級小信號模型，進而得到了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)。理論分析表明在DCM模式下對于負載突變V2控制方法的響應速度優(yōu)于V2C控制方法。并通過仿真對該結論進行了驗證。 在以Buck變換器為控制對象的研究基礎上，論文亦對以Boost變換器為控制對象的瞬態(tài)特性進行了研究。詳細分析了考慮輸出電容ESR的B∞st變換器的輸出電壓紋波波形，進而得

6、出了V2控制方法不適用于控制Boost變換器而V2C控制方法適用于Boost變換器的結論。利用狀態(tài)空間平均法建立了CCM模式V2C控制Boost變換器的小信號模型，并求出了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)，通過理論分析和仿真驗證了在CCM模式下對于負載突變，V2C控制Boost變換器具有比電流型控制方法更快的響應速度。在對CCM模式V2C控制Boost變換器研究的基礎上，建立了DCM模式V2C控制Boost變換

7、器的輸入級小信號模型和輸出級小信號模型，進而得到了其輸出阻抗、“輸入—輸出”傳遞函數(shù)和“控制—輸出”傳遞函數(shù)。理論分析表明在DCM模式下對于負載突變V2C控制Boost變換器具有比電流型控制方法更快的響應速度。并通過仿真對該結論進行了驗證。 通過對V2控制Buck變換器和V2C控制Buck變換器的小信號模型分析，在分析傳統(tǒng)的電壓型和電流型控制方法的小信號模型的基礎上建立了適用于四種控制方法的通用模型，并對其各自的模型參數(shù)以及傳遞