利用磁滯控制技術實現快速暫態響應之降壓轉換器

Implementation of Fast-Transient-Response Buck Converter using Hysteresis-Control Techniques

吳冠廷(Kuan-Ting Wu)

指導教授 ： 陳建中

共同指導教授 ： 黃育賢(Yuh-Shyan Hwang)

國立臺北科技大學/電資學院/電腦與通訊研究所/碩士(2014年)

摘要

本文主要為快速暫態響應之實現，為得是提供電子產品穩定的能源。第一部份之電壓磁滯控制之架構包含了電壓磁滯比較電路、功率電晶體、驅動電路及適應式三角波產生器。利用適應式三角波產生器，只需要一顆運算放大器，便能產生出一個相似電感電流之電壓波形達到快速之暫態響應。此架構除了快速之暫態響應優點外，還具有設計簡單及低面積之優點。晶片面積為1.11 x 1.08mm2(含PASs) 。
第二部份的電流磁滯控制降壓轉換器，利用主動式電流感測電路所感測到的電感電流與磁滯電流控制電路去控制降壓轉換器，其中取樣與保持電路消除了感測電流在切換時產生的突波使電路穩定，還減少不必要之功率消耗使整體電路提升了2%左右的轉換效率。由於主動式電流感測器之運算放大器具有較大的增益，能夠及時反應電感電流之變化，達到快速之暫態響應。晶片面積為0.904 x 0.689mm2(含PASs) 。兩個電路皆以TSMC 0.18μm CMOS process完成模擬並下線，且皆有10μs以下的暫態響應，可在負載發生變動時快速將系統恢復穩定，加上80% - 90%以上的良好的轉換效率，滿足了能源持久且穩定的需求。

關鍵字

降壓轉換器 ； 磁滯控制 ； 主動式電流感測

並列摘要

Implementation of fast transient response for electronic devices a stable energy is presented in the thesis. In the first part of this thesis, the architecture of hysteresis-controlled buck converter using pseudo inductor current techniques including hysteresis comparator circuit, power MOS, driver circuit and adaptive ramp generate. Adaptive voltage ramp generator which can generate a voltage signal similar of the inductor current waveform to achieve fast transient response is requires only one operational amplifier. This architecture not only has the advantage of fast transient response, but also has the advantages of simple design and low area consumption. The total chip area is 1.11 x 1.08 mm2 with PADs.
The second part of this thesis present a sub-1 V dc-dc buck converter using hysteresis control techniques. It’s used active current-sensing circuit sensed current from inductor into hysteresis-current controlled circuit to control buck converter, the sample and hold circuit can eliminates the sensing current spike when buck converter switching to circuit stable, also reduce unnecessary power consumption of the overall circuit to enhance the conversion efficiency of about 2%. The active current sensor has a larger gain operational amplifier, when the inductor current changes can response immediately, achieve fast transient response.
Both circuit are use TSMC 0.18μm CMOS process to simulation and tape out, the transient response are less than 10μs, can quickly make the system stable, and more than 80% - 90% conversion efficiency, achieve a lasting and stable energy requirements.

並列關鍵字

Buck converter ； Hysteresis control ； Active current sensing

參考文獻

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