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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。本文从上述角度出发,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,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,经过对此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(OPA)和开跨导放大器(OTA)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型与Type-Ⅲ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-Ⅲ型补偿器在穿越频率内比Type-Ⅱ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Type-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,且这个零点与外挂可调电容Cff相关,因此可以改善这种缺点。4.在进行电流控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VOUT很小时,穿越频率快接近奈奎斯特采样频率,因此补偿效果不好。针对这个问题,本文设计的改进型的OPA型补偿器,只需在芯片外部增加一个可调电阻就可行；针对OTA型补偿器,本文推导出系统若采用Type-3B型,整个环路的穿越频率都既于输入输出电压无关又与负载无关。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。