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DC-DC变换器AVP控制方法的分析

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:随着电压调整模块(VRM)输入容量的越来越大和动态要求的越来越严格,适应降压(AVP)控制在VRM中的应用被人们重新认识。本文对AVR控制策略的有源法和无源法进行了理论分析,并采用一种新式检测方法实现AVP控制,并通过比较实验证实了AVP控制方法的优越性。

    关键词:电压调整模块 降压控制 有源法 无源法

CPU和DSP对数据处理速度和容量的要求不断提高,(范文先生网www.fwsir.com收集整理)对电源模块的供电要求也就相应地提高了,主要体现在电源的输出电流大小及其变化率和输出电压峰-峰值上。采取的措施有多通道buck电路拓扑和良好的控制方法,如V2控制法和滞回控制法等,这样可以改善电源的稳态和动态性能、提高电源效率。但是对于更低的输出电压、更大的电流动态变化率,不可避免地要采用更大容量、更低ESR的电容以减少瞬态电压峰-峰值。而大容量、低ESR电容增加了模块的成本,占用更大的空间,不利于提高功率密度。基于以上种种问题,采用AVP方法(如图1所示)使电源在满载时电压比所要求的最低电压高,在空载或轻载时输出电压比所要求的最高电压低,这样不仅有利于电源模块的热设计,而且动态过程电压工作在窗口电压内,输出电压峰-峰值小、恢复时间短。但是文献提出的方法较为复杂,使用专用的控制芯片导致开发成本增加,提出的方法在实际应用中电路效率较低。本文对AVP控制方法进行深入分析,归纳总结出各种AVP的实现方法,并提出了一种新颖高效的控制方法,用实验证明AVP方法的优越性。
DC-DC变换器AVP控制方法的分析
1 AVP控制有源法的分析

AVP有源控制为双环控制,其基本原理如图2所示。通过检测电感电流,根据降压要求相应调节输出电压的基准。输出电压跟随基准电压而实现AVP控制。图3为AVP有源控制的方块图,假设电流环增益为Ti,电压环增益为Tv,则:

Ti=Av×FM×Gid×Ai   (1)

Tv=Av×FM×Gvd   (2)

由(2)/(1)可得:

DC-DC变换器AVP控制方法的分析

wESR=1/(Rc×Co),wR.0=1/Ro×C0)

此处Rc为输出电容Co的等效电阻值,Ro为输出负载。当w>>wESR且Ai=Rc时,则(3)式值为1。这说明了在此情况下电流环、电压环有相同的截止频率,而Av的设计对电流环、电压环的比值没有影响,其零极点的设计则依据电流环的设计方法进行。

DC-DC变换器AVP控制方法的分析

其中,DC-DC变换器AVP控制方法的分析L为等效输出电感,fs为开关频率,wz用于补偿功率双极点,wp用于消除开关噪声,wi保证电流环的截止频率高于输出电容引入的ESR零点频率。基于以上原则,设计固定输出阻抗值为输出电容的ESR值。实现方法?眼2?演分别为检测开关管导通电阻、续流管导通电阻或串联阻值小的检测电阻。前两种方法受温度的影响不宜采用,而串联阻值小的检测电阻有助于改善温度变化引起的精度变化,但是在主电路中串联电阻必然引起电源模块效率的下降。
DC-DC变换器AVP控制方法的分析
2 AVP控制无源法的实现

采用无源法增加检测电阻,如图4所示。DC-DC变换器AVP控制方法的分析

通过检测Va使之等于VREF,实现vo=Vref-io×Rs,使电源在满载时电压比所要求的最低电压高,在空载或轻载时输出电压比所要求的最高电压低。从而使得输出电压在负载动态跳变时能够较快地达到稳定,提高动态响应,以改善电压大电流所

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