3 research outputs found

    Effect of the output impedance in multiphase active clamp buck converters

    Get PDF
    Passive current sharing in multiphase converters, where resistive losses are not dominant, is a quite complex goal. In this paper, an averaged model of an active clamp buck converter was obtained. It has been checked that this topology presents high output impedance. This property is used like a lossless passive equalization. The principle of operation, theoretical analysis, simulation, and experimental results are presented, taken from a three-stage laboratory prototype.This work was supported by the Ministry of Education and Science, Spain, under Research Project COMPAS (Code DPI2007-64135)

    Effect of the Output Impedance in Multiphase Active Clamp Buck Converters

    No full text

    Controlador de hist茅resis de bajo coste para convertidos buck s铆ncrono multifase

    Get PDF
    The multiphase synchronous buck converter is universally used today for powering low voltage, high current and high slew-rate loads, such as CPUs and other high performance digital ICs. This converter demands control techniques with high dynamical response in order to face large and fast load transients. In this regard, hysteretic regulators represent an excellent option due to their immediate reaction, unlimited duty cycle and outstanding capacity for handling large signal regimes. The main contributions of much published work in the field of multiphase hysteretic controllers are current sharing and phase interleaving. However, the author is not aware of any studies describing a control scheme that integrates the main control functions for powering such demanding loads: output voltage regulation, adaptive voltage positioning, current sharing and phase interleaving. Nor is there a design methodology based on the closed-loop output impedance. This design would optimize the output voltage transient response and, in this way, the entire voltage tolerance window of the processor would be exploited. Thus, this research work presents a novel hysteretic controller for a multi-phase synchronous buck converter supplying low voltage, high current and high slew-rate loads along with a design methodology based on closed-loop output impedance analysis. The single-phase hysteretic controller is the start point for this research work. Several authors have extensively treated the single-phase hysteretic controller. In this regard, a review of a low-cost single-phase control scheme is carried out first. The main feature of this controller is the lack of current sensing and processing circuitry in order to accomplish the adaptive voltage regulation. Then, the influence of variations of the inductor and output capacitor and the control parameters on the output impedance is studied. This has allowed for establishing a correspondence between each of the control parameters and the output filter components. The review finishes by implementing a synchronization system to achieve fixed switching frequency in steady state while maintaining the instantaneous reaction and optimal output-voltage response during transients. At this point, a novel low-cost hysteretic controller for multiphase synchronous buck converters is presented. Two design alternatives for the controller are proposed. The first uses an equivalent single-phase converter to design the control parameters. This approximation is valid as long as the deviations between the phases of the converter are within the usual limits (+/- 15 %). The second does the same considering the exact model of the converter, achieving resistive output impedance regardless of the differences that exist between the phases. Simulation and experimental results are reported in order to validate the features of the novel control scheme. From a practical point of view, the lack of current sensing and processing circuitry in the controller allow for a simple and low-cost implementation of the adaptive voltage positioning and current sharing with outstanding performance. The injection of an external synchronization signal has been proved to be a simple alternative in order to implement fixed switching frequency and phase interleaving operation. Finally, the proposed controller achieves similar characteristics to the high performance controllers intended for powering low voltage, high current and fast transient loads, but with the additional advantage of simplicity and low-cost circuit implementation.Actualmente, el convertidor buck s铆ncrono multifase es universalmente utilizado para la alimentaci贸n de cargas din谩micas de baja tensi贸n y elevada corriente como CPUs y otros circuitos integrados digitales de altas prestaciones. Este convertidor exige de t茅cnicas de control con alta respuesta din谩mica para hacer frente a los grandes y r谩pidos transitorios de carga a los que es sometido. A este respecto, los reguladores de hist茅resis representan una excelente opci贸n debido a su reacci贸n inmediata, ciclo de trabajo ilimitado y excepcional capacidad para manejar r茅gimen de gran se帽al. Las principales aportaciones de la mayor parte de trabajos publicados en el campo de los controladores de hist茅resis multifase son distribuci贸n de corriente entre las fases y funcionamiento entrelazado. Sin embargo, el autor no tiene conocimiento de estudios que describan un esquema de control que integre las principales funciones de control para la alimentaci贸n de tales exigentes cargas: regulaci贸n de tensi贸n de salida con posicionamiento adaptativo, distribuci贸n de corriente y funcionamiento entrelazado. Tampoco existe una metodolog铆a de dise帽o basada en la impedancia de salida de lazo cerrado. Este dise帽o optimiza la respuesta transitoria de la tensi贸n de salida y, de este modo, se puede aprovechar toda la ventana de tolerancia del procesador. Por lo tanto, este trabajo de investigaci贸n presenta un novedoso controlador de hist茅resis para convertidor s铆ncrono multifase destinado a alimentar cargas din谩micas de baja tensi贸n y alta corriente, junto con una metodolog铆a de dise帽o basada en el an谩lisis de la impedancia de salida de lazo cerrado. El controlador de la hist茅resis de una sola fase es el punto de partida de este trabajo de investigaci贸n. Varios autores han tratado ampliamente el controlador de hist茅resis de una sola fase. En este sentido, en primer lugar se lleva a cabo una revisi贸n de un esquema de control de bajo coste de una sola fase. La caracter铆stica principal de este controlador es la ausencia de circuitos de sensado y procesado de corriente para lograr la regulaci贸n de tensi贸n adaptativa. El estudio de la influencia de las variaciones del inductor, condensador de salida y los par谩metros de control y los componentes del filtro de salida. La revisi贸n termina implementando un sistema de sincronizaci贸n para lograr frecuencia fija de comunicaci贸n en estado estacionario, que mantiene la reacci贸n instant谩nea y la respuesta transitoria 贸ptima de la tensi贸n de salida. Llegado a este punto, se presenta un controlador de hist茅resis de bajo coste para convertidores buck s铆ncrono multifase. Se proponen dos alternativas de dise帽o para controlador. La primer a utiliza un equivalente de convertidor de una sola fase para dise帽ar los par谩metros de control. Esta aproximaci贸n es v谩lida siempre y cuando las desviaciones entre las fases del convertidor est谩n dentro de los l铆mites habituales (+/-15%). La segunda hace lo propio teniendo en cuenta el modelo exacto del convertidor, logrando impedancia de salida resistiva independientemente de las diferencias que existan entre las fases. Se presentan los resultados de simulaci贸n y experimentales con el fin de validar las caracter铆sticas del esquema de control propuesto. Desde un punto de vista pr谩ctico, la ausencia de circuitos de sensado y procesado de corriente en el controlador permiten una implementaci贸n sencilla y de bajo coste para las funciones de regulaci贸n de tensi贸n con posicionamiento adaptativo de reparto de corriente con buen rendimiento. La inyecci贸n de una se帽al de sincronizaci贸n externa demuestra ser una alternativa simple a fin de obtener frecuencia fija de conmutaci贸n y funcionamiento entrelazado de las fases. Finalmente, el controlador propuesto alcanza caracter铆sticas similares alos controladores destinados a la alimentaci贸n de cargas de baja tensi贸n y alta din谩mica con la ventaja adicional de la simplicidad y el bajo coste de implementaci贸n
    corecore