电流模Buck型DC—DC芯片的稳定性分析.pdfVIP

维普资讯 《自动化与仪器仪表》 2006年第4期(总第 126期) 电流模 Buck型 DC—DC芯片的稳定性分析 黄 飞 (浙江理工大学 浙江杭州，310018) 摘 要：随着电子技术的飞速发展和不断创新，电源的管理与控制已经是电子系统设计中最基本 和关键的技术，这其中DC-DC芯片的设计技术更是得到了广泛的关注。在DC-DC变换器的设计过程 中，芯片稳定性是最开始就需要考虑的几个问题之一。本文利用一种新型的内部频率补偿技术，使得 芯片的整个控制环路有着 良好的相位裕度，其环路稳定性与外接负载无关，从而增加了芯片的负载范 围。此外，文中还通过 HSPICE针对具体电路进行仿真，给出了仿真结果。 关键词：DC-DC芯片；频率补偿；环路稳定性 Abstract：ThePeak-Current—Mode-Controlled(P(、MC)architectureiswidelyusedinmodernDC- DCregulators．A novelstabilitymodeloftheseregulatorsbasedonMATLAB ispresentedinthispa— per．Besidestheperiodicityandpiecewise-linearity，thecontroltheoryofthePCMC system isapplied toestablishthemode1．ItsperformancehasbeenverifiedbyHSPICEsimulation． Keywords：DC-DCRegulator；Frequencycompensation；LoopStability 中图分类号：TP211+ ·5 文献标识码：B 文章编号：1001—9227(2006)O4一O075一O3 0 引 言 一 (1) 近年来DC-DC芯片由于高效率、小体积和使用 便利等特点被广泛应用于现代电源供电系统。在这些 对于这个负反馈系统，如果同时满足下列两个条 DC-DC芯片中，脉冲宽度调制 (PwM)反馈控制系 件，便可以在某频率点co产生环路振荡：其一，在 统中的PCMC技术由于具有动态性能好、输出精度 co 频率下，环路增益能够使反馈变为正反馈；其二， 高、增益带宽大和瞬间限流保护等优点被广泛的采 此时的环路增益大于等于 1。环路增益幅值等于 1和 用。DC-DC芯片的稳定性是芯片设计中的关键技术， 使环路增益相移等于--180度的两个频率点分别被命 也是设计难点之一，本文针对 Buck型 IX-IX；芯片 名为 “增益交点”和 “相位交点”；相位交点处对应 的控制环路提出一种内部补偿的方案，可以为电路设 的增益幅度称为增益裕度，而增益交点处对应的相移 计提供相应的理论参考。 再加上 180度就被定义为相位裕度。它们在稳定性方 Buck型XI-XI 内部电压环主要由芯片内部EA 面起着重要的作用。为了使系统稳定增益交点必须落 误差放大器、内部调制器 (modulator)和外部输出 在相位交点之前，即相位裕度大于零。一个无条件稳 电容、负载组成。必须要对这个电压环有一个透彻的 定的线性系统，应保证拥有6dB的增益裕度和45度 分析，从而合理地进行电压环路补偿、调节控制环路 的相位裕度。 的频率响应以保证环路的稳定性及优化瞬态响应。 开关型电压转换器的环路分析通常是采用线性化 方法，系统框图如图2所示。在 P点将环路断开，得 到系统环路增益为：