Skip navigation

DSpace

機構典藏 DSpace 系統致力於保存各式數位資料(如:文字、圖片、PDF)並使其易於取用。

點此認識 DSpace
DSpace logo
English
中文
  • 瀏覽論文
    • 校院系所
    • 出版年
    • 作者
    • 標題
    • 關鍵字
    • 指導教授
  • 搜尋 TDR
  • 授權 Q&A
    • 我的頁面
    • 接受 E-mail 通知
    • 編輯個人資料
  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 重點科技研究學院
  3. 積體電路設計與自動化學位學程
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98768
標題: 應用導通時間延伸技術於三階降壓轉換器之改良型PFM控制策略
An improved PFM control scheme for Three-Level Buck Converter based on Ton Extension
作者: 張怡君
Yi-Chun Chang
指導教授: 陳景然
Ching-Jan Chen
關鍵字: 三階降壓式轉換器,脈衝頻率調變,不連續導通模式,導通時間延長控制,電容反向充電的固定導通時間控制,飛行電容平衡控制,
Three-Level Buck converter,Pulse Frequency Modulation,DCM Operation,On-Time Extension Control,Capacitor-Inverse Charge COT,Flying Capacitor Balancing,
出版年 : 2025
學位: 碩士
摘要: 本論文提出一種新穎的脈衝頻率調變(PFM)控制技術,應用於三階降壓型轉換器,旨在於寬廣的工作占空比與負載範圍內維持卓越的效率。由於此類交錯訊號轉換器在使用傳統的固定導通時間(COT)控制下,於轉換比(M)大於 0.5 的不連續導通模式(DCM)中無法隨負載調整其開關頻率,使得輕載條件的切換頻率與切換損失較高,本文提出延長導通時間(Ext.-Ton)的方法以應對此問題。此外,考量到三階降壓轉換器在 M > 0.5 區域採用 COT 控制時可能產生的不穩定性,以及 M 接近 0.5 時存在零電流漣波點,本文選用 ICAPQOT 控制作為主要調變策略,以無需外加斜坡的方式維持系統穩定運作。進一步地,本文亦提出一種基於 VLX 節點的感測技術,能於全占空比範圍內有效平衡飛行電容電壓,適用於連續導通模式(CCM)與不連續導通模式(DCM)。預模擬結果顯示,在 CCM 下的開關頻率為 2 MHz,而於 DCM 下則具可變頻操作,並於 20 mA 至 1 A 負載範圍內達到超過 90% 的效率。本晶片採用台積電標準 0.18 μm CMOS 製程實現。最終量測結果來自一顆結合離散功率級的控制器晶片,與IQCOT控制相比,展現 200%的暫態響應的回穩時間改善。並且與傳統固定導通時間(COT)控制相比, 於Vo/Vin = 1.8/2.5 且 Io = 20 mA 條件下達成 428% 的電感電流切換頻率下降,驗證了 ICAPQCOT 控制與延長導通時間模式之有效性。
This work presents a novel control technique of Pulse Frequency Modulation (PFM) on a three-level buck converter, to keep remarkable efficiency within a wide range of duty cycle and loading. Since this interleaved signal converter with conventional constant on-time control cannot scale its switching frequency with load under discontinuous conduction mode when the conversion ratio(M) is larger than 0.5, leading to higher switching loss at light-load condition. Therefore, an on-time extension (Ext.-Ton) method is applied. Moreover, due to the instability when applying conventional constant on-time (COT) control to a three-level buck converter for M>0.5 and the presence of a zero-ripple point around M ≈ 0.5, the ICAPQOT control is selected as the primary modulation technique to maintain stable operation without the need for external ramp. Additionally, a VLX-based sensing technique is introduced to ensure effective flying capacitor voltage balancing in both CCM and DCM among full duty cycle. The pre-simulation results demonstrate a switching frequency of 2MHz in CCM and a variable frequency in DCM, achieving efficiency greater than 90% when load current ranging from 20mA to 1A. The chip is fabricated using a TSMC standard 0.18um CMOS process. The final measurement result is obtained using the controller chip combining with a discrete power stage, showing a 200% improvement in transient response compared to the IQCOT control. Furthermore, in comparison with COT control, a 428% reduction in switching frequency is achieved at Vo/Vin=1.8/2.5 and Io=20mA. These findings confirm the effectiveness of both the ICAPQCOT control and Ext.-Ton mode.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/98768
DOI: 10.6342/NTU202503545
全文授權: 同意授權(限校園內公開)
電子全文公開日期: 2028-08-04
顯示於系所單位:積體電路設計與自動化學位學程

文件中的檔案:
檔案 大小格式 
ntu-113-2.pdf
  未授權公開取用
12.79 MBAdobe PDF檢視/開啟
顯示文件完整紀錄


系統中的文件,除了特別指名其著作權條款之外,均受到著作權保護,並且保留所有的權利。

社群連結
聯絡資訊
10617臺北市大安區羅斯福路四段1號
No.1 Sec.4, Roosevelt Rd., Taipei, Taiwan, R.O.C. 106
Tel: (02)33662353
Email: ntuetds@ntu.edu.tw
意見箱
相關連結
館藏目錄
國內圖書館整合查詢 MetaCat
臺大學術典藏 NTU Scholars
臺大圖書館數位典藏館
本站聲明
© NTU Library All Rights Reserved