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分类号学号M201172058学校代码10487密级硕士学位论文平均电流控制模式开关变换器建模分析与设计学位申请人：刘范宏学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：陈晓飞副教授答辩日期：2014.1.17ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringModelingandDesignofAverageCurrentControlModeSwitchingRegulatorCandidate:LiuFanhongMajor:MicroelectronicsandSolid-stateElectronicsSupervisor:AssociateProf.ChenXiaofeiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日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，即：学校有权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。本人授权华中科技大学可以将本学位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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士论文I摘要由于移动电子、车载电子及智能工业控制等电子设备的发展应用，电源芯片产品销量快速增长，电源管理技术愈来愈受到各大电子设备厂商及科研单位的重视。目前电源芯片以高速低功耗低成本为发展方向，从系统控制方式、电路结构及器件工艺等各方面对电源芯片进行优化改进，平均电流控制模式的开关调整器因具有调整速度快、稳定性好、噪声低等优点得到了广泛应用。然而，由于电流控制模式为双环控制，电流内环与电压外环的环路增益及各零极点设置成为该控制模式的关键，以在保证系统稳定工作前提下提高瞬态性能。本文介绍了各类主要的Buck电源调整器，包括单环控制类的电压控制模式及双环控制类的电流控制模式，电流控制模式中以峰值电流模式与平均电流模式为例进行了比较分析。在对比总结了各类电源芯片优缺点后，针对平均电流控制模式进行了深入研究。分别对电流环与电压环的传输特性进行了小信号模型分析，计算出各零极点频率的表达式，并分别推导出两环路的环路传输函数与截止频率。根据双环路控制模式的分析结果，分三种不同参数情况，建立了平均电流模式Buck调整器模型，其电流环截至频率与电压环截止频率关系分别为大于、小于及等于，以假定电流误差放大器输出斜率恰好等于锯齿波斜率为前提条件，推算出预期的截止频率，由该截止频率来计算各模型零极点频率与补偿参数，使得环路在满足稳定性原则基础上，有足够的设计裕量。设计了平均电流模式的Buck变换器验证电路，该电路除了核心的比较器及基准等模块还包括了过温保护、欠压锁存、过压保护、短路保护、软启动等辅助性的保护电路，以对前文提出的三个模型进行验证分析。结合所建立的三个平均电流模式调整器模型，将对应的环路器件参数代入验证电路中进行了对比仿真分析，通过比较仿真结果得出调整器瞬态响应速度与两环路增益带宽的关系。从而使模型参数的设置对电源系统应用的优化具有实际的指导意义，使得对于不用应用环境的电源系统可通过调整环路参数来满足特定的指标要求。关键字：开关电源平均电流双环控制建模分析PWM调制华中科技大学硕士论文IIABSTRACTWiththeapplicationofmobileelectronics,on-boardelectronicsandintelligentindustrialcontroletc,thesalesofproductsonpowersupplychipshaveincreasedconsiderably.Inaddition,thetechnologyofpowermanagementbeginstogainmoreandmoreattentionsofmanufacturersofelectronicequipmentandrelatedresearchinginstitutions.Currently,thedevelopmentofpowersupplychipsleadstohighspeedwithlowpowerdissipation,whichcanberealizedthroughimprovementsofsystemcontrolling,structuresofcircuitsandtechniquesoftheintegrateddevices.Withindifferenttypesofswitchingregulators,theaveragecurrentcontrolmode,whichpossessestheadvantagesoffastspeed,goodstabilityandlownoise,isdevelopinggradually.However,theaveragecurrentcontrolmodeisadouble-loopcontrollingregulator,whichresultsthatitissodifficultapointtosetthepolesandzerosaswellastheloopgainofbothvoltageloopandcurrentloop.Alsoitbecomesakeymatterhowtoimprovethepowersupplysystem’stransientresponsethroughoptimizingthedoubleloopcontrollingsystems.ThispaperhasintroducedmajorBuckpowersupplyregulatorsincludingtheswitchingregulatorwhichcontainsthesingle-loopvoltagecontrolmodeandthedouble-loopcurrentcontrolmode.Giventhecurrentcontrolmode,thepeakcurrentcontrolmodeandtheaveragecurrentcontrolmodeareanalyzedrespectivelyforcomparison.Withbothadvantagesanddisadvantagesofthepowersupplychipshavingbeeninferred,theaveragecurrentcontrolmoderegulatorisanalyzedmorethoroughly,withitstransientcharacteristicsdeducted,soastoobtaintheexpressionsofthepolesandzeros.Thenthecrossoverfrequenciesofbothloopsarederivedfromthetransferfunctions.Accordingtotheanalysisresultofthedouble-loopcontrolmode,threemodelswithdifferentparametersofaveragecurrentcontrolmoderegulatorhavebeensetup.Thecrossoverfrequencyofthecurrentloopiseitherhigherorlowerthantheoneorequivalenttotheoneofthevoltageloopinthethreemodelsrespectively.Supposingtheoutputofthecurrenterroramplifierandthesawtoothwavesharethesameslope,theexpectedcrossoverfrequenciesofbothloopsarededucedrelevantly.Basedonthecrossoverfrequencies,thefrequenciesofpolesandzerosaswellastheparametersforloopcompensationcanbecalculated,whichhasnotonlyensuredthestabilityoftheloop,butalsoleftenoughmargin华中科技大学硕士论文IIIforcircuitdesign.Acircuitforvalidationwithaveragecurrentcontrolmodeisdesignedforbuckapplication.Apartfromthekeycomparatorandthereferencemodules,thisvalidationcircuitalsocontainssomeauxiliarymodulesincludingmodulesforovertemperatureprotection,undervoltageprotection,overvoltageprotection,shortcircuitprotection,andsoft-startetc,soastodovalidationandanalysisforthethreemodelsmentionedabove,Combinedwiththethreeaveragecurrentcontrolmodemodels,thevalidationcircuitshavebeensimulatedwiththecalculatedparametersforthecontrolloop.Bycomparingthesimulationconsequences,thispaperhasobtainedtherelationshipbetweentheresponserateoftheregulatorandtheGBWofthetwoloops.Asaresult,themodelparameterhaspossessedthegreatsignificanceofimprovingtheapplicationofpowersupplysystems.Thenaccordingtodifferentpowersupplyapplications,itisafeasiblemethodtomeettherequirementbyadjustingtheloopparameters.Keywords：switchingpowersupplyaveragecurrentdouble-loopcontrolmodelinganalysisPWMmodulation华中科技大学硕士论文IV目录摘要.........................................................IABSTRACT....................................................II1绪论........................................................11.1研究背景及意义：.................