DC-DC变换器的改进型仿TYPE-III全集成补偿网络设计.doc

  DC-DC 变换器的改进型仿 TYPE-III 全集成 补偿网络设计# 郭卓奇，高源，范世全，陆浩，耿莉** 5 10 （西安交通大学电子与信息工程学院，西安 710049） 摘要：本文分析了 DC-DC 变换器的 TYPE-3 补偿网络和仿 TYPE-3 补偿网络，在此基础上 设计了一种改进型仿 TYPE-3 补偿网络。利用频带分裂的思想，将补偿网络的频率响应分为 低频和高频两个路径，使用电压-电流-电压（V-I-V）加法器实现两路信号的相加，用一个 单级运放和一个小电容实现低通路径。电路采用标准 0.18μm CMOS 工艺设计，并应用在一 个 Buck 变换器中，变换器的开关频率为 1MHz。仿真结果表明：当 Buck 变换器的输出负载 在 200mA 至 400mA 之间跳变时，输出电压在 25μs 内可以稳定。和传统 TYPE-3 补偿网络 相比，本文设计的补偿网络面积减小了 60%，功耗降低了 90%。 关键词：集成电路设计；补偿网络；电压-电流-电压加法器；低通滤波器 中图分类号：TN43 15 A fully integrated design of improved Pseudo Type-III compensation for DC-DC converters GUO Zhuoqi, GAO Yuan, FAN Shiquan, LU Hao, GENG Li (The School of Electronic and Information Engineering, Xian Jiaotong University, Xian 710049) 20 25 30 35 40 Abstract: In this paper, we analyze TYPE-3 and Pseudo TYPE-3 compensation network of the DC-DC converter. Then an improved Pseudo TYPE-3 compensation is presented. With the idea of spectrum-splitting, the frequency band of the compensation is divided into two paths: low and high frequency bands. A voltage-current-voltage (V-I-V) adder is designed to achieve the summation of the two band signals. We also presents a low-pass filter consisting of a simple op-amp and a small capacitor to achieve the low frequency band. The design uses a standard CMOS 0.18μm process and the simulation results show that the DC-DC converters output is settled within 25μs for a load current step between 200mA and 400mA. Compared to the traditional TYPE-3 compensation, the chip area and power consumption of the improved compensation network is reduced by 60% and 90% respectively. Keywords: IC design; TYPE-3 compensation network; voltage-current-voltage (V-I-V) adder; low-pass filter 0 引言 DC-DC 变换器中通常需要加入补偿网络来稳定输出电压并且提高响应速度[1],[2]。补偿 网络中零、极点位置由补偿网络中的电阻和电容确定。对于系统中产生的零点和极点，需要 很大的电阻和电容才能实现补偿。大电阻和大电容会消耗过多的芯片面积导致补偿网络无法 被集成在芯片内部[3]。即使牺牲很大芯片面积将无源元件集成在片内，还有一个重要的问题 就是无源元件会随工艺变化，因而可能无法与电路匹配，导致电路性能下降，甚至无法稳定 工作。 Gabriel A. Rincon-Mora 提出了一种有源电容乘法器电路[4]，其原理是将一个较小的电容 与一个具有较大电流的支路并联，通过等效电流倍增的方法实现大电容。这