【摘 要】
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恒定导通时间（COT）控制的开关电源凭借快速瞬态响应的优点迎来了日益增长的市场需求与研究热度,被广泛用于电信设备、计算机、服务器、汽车电子等众多领域。但传统COT控制的工作原理决定了其存在输出电压精度低、开关频率大幅变化引发电磁干扰等缺陷。在高压宽输入范围的转换器中,大幅变化的占空比使得上述缺陷更为显著。顺应高精度输出电压与高精度开关频率的发展趋势,本文研究了相关理论与现有改进技术,提出了创新的输
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恒定导通时间（COT）控制的开关电源凭借快速瞬态响应的优点迎来了日益增长的市场需求与研究热度,被广泛用于电信设备、计算机、服务器、汽车电子等众多领域。但传统COT控制的工作原理决定了其存在输出电压精度低、开关频率大幅变化引发电磁干扰等缺陷。在高压宽输入范围的转换器中,大幅变化的占空比使得上述缺陷更为显著。顺应高精度输出电压与高精度开关频率的发展趋势,本文研究了相关理论与现有改进技术,提出了创新的输出误差校正与开关频率校正技术,并应用于一款改进型COT控制的高精度高压降压型（Buck）DC-DC转换器,主要创新性成果如下:（1）提出了自校正纹波补偿技术,保障COT转换器稳定工作的同时提高了输出电压精度。首先通过理论研究分析了纹波引起的输出直流失调问题,接下来提出自校正纹波补偿技术概念及其电路实现,通过对纹波补偿电路引入自适应的半纹波校正量,显著降低了纹波补偿产生的纹波对转换器输出电压精度的影响。（2）提出了比较器失调注入技术,消除了恶化COT转换器输出精度的多种次要因素引入的输出误差。首先理论分析了影响输出精度的更多因素以及自校正纹波补偿技术的局限性,然后提出比较器失调注入技术概念与电路实现,仿真中实现了典型工况下极低的误差电压以及0.058%的线性调整率、0.017%的负载调整率。（3）提出了基于逐次逼近法的放大器失调消除技术,进一步提高了转换器的输出电压精度。针对本文改进型COT架构中误差放大器的随机失调影响转换器输出电压精度问题,利用逐次逼近算法将误差放大器的等效输入失调电压降至400μV以内,大幅降低了工艺偏差对转换器输出精度的影响。（4）提出了基于锁频环的高精度开关频率校正技术,显著降低了COT转换器的开关频率漂移。首先通过详细理论研究分析了COT控制下的开关频率变化现象以及经典自适应导通时间控制技术的不足。然后提出锁频环的技术框架以及一种高精度的频率-电压转换器,并通过数字控制环路与模拟控制环路两种方案分别实现锁频环。在输入电压、输出电压、负载电流的分别影响下,开关频率变化均未超过0.81%。本文设计的改进型COT转换器基于0.15μm BCD工艺与Cadence IC设计软件完成了电路搭建与版图设计,通过Spectre与Hspice仿真工具进行了子模块与整体仿真验证。仿真结果表明,转换器在达到较高输出电压精度与开关频率精度的同时,峰值效率高达96.5%,且在典型12V转1.2V的应用中分别接受双向12A的大负载阶跃时,下冲与过冲均控制在56m V以内,具有良好的转换效率与瞬态响应速度。
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