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數(shù)字控制回路提高效率

2076563 2022-11-28 | pdf | 213.07KB | 次下載 | 免費

資料介紹

功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計的效率不斷提高。此外，在計算處理中支持高能效的需求導(dǎo)致創(chuàng)建具有高度動態(tài)行為的負載，處理器和外圍設(shè)備根據(jù)其工作負載激活和停用。這正在推動電源轉(zhuǎn)換器架構(gòu)從模擬到數(shù)字實現(xiàn)的轉(zhuǎn)變。?功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計的效率不斷提高。此外，在計算處理中支持高能效的需求導(dǎo)致創(chuàng)建具有高度動態(tài)行為的負載，處理器和外圍設(shè)備根據(jù)其工作負載激活和停用。這正在推動電源轉(zhuǎn)換器架構(gòu)從模擬到數(shù)字實現(xiàn)的轉(zhuǎn)變。?開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器的操作看起來本質(zhì)上是數(shù)字的，因為它依賴于將離散電荷包從轉(zhuǎn)換器的一側(cè)傳輸?shù)搅硪粋?cè)。該技術(shù)主要基于在離散時間點對輸出狀態(tài)進行采樣，以確定傳送電荷的開關(guān)應(yīng)保持打開多長時間。然而，盡管有這種明顯的數(shù)字結(jié)構(gòu)，但大多數(shù)實現(xiàn)都是基于模擬控制電路。開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器的操作看起來本質(zhì)上是數(shù)字的，因為它依賴于將離散電荷包從轉(zhuǎn)換器的一側(cè)傳輸?shù)搅硪粋?cè)。該技術(shù)主要基于在離散時間點對輸出狀態(tài)進行采樣，以確定傳送電荷的開關(guān)應(yīng)保持打開多長時間。然而，盡管有這種明顯的數(shù)字結(jié)構(gòu)，但大多數(shù)實現(xiàn)都是基于模擬控制電路。在大多數(shù)開關(guān)模式電源采用的脈寬調(diào)制 (PWM) 方案下，轉(zhuǎn)換器通過首先打開兩個并聯(lián) FET 中的一個來向輸出軌提供一包電荷。高側(cè) FET 激活一定時間，具體時間由 PWM 控制器決定。在此期間，輸出電壓向輸入電壓擺動。電流流入用作電荷臨時存儲的電感器。電感器中的電流以公式 (Vin - Vout)/L 給出的斜率線性上升。在大多數(shù)開關(guān)模式電源采用的脈寬調(diào)制 (PWM) 方案下，轉(zhuǎn)換器通過首先打開兩個并聯(lián) FET 中的一個來向輸出軌提供一包電荷。高側(cè) FET 激活一定時間，具體時間由 PWM 控制器決定。在此期間，輸出電壓向輸入電壓擺動。電流流入用作電荷臨時存儲的電感器。電感器中的電流以公式 (Vin - Vout)/L 給出的斜率線性上升。一旦控制器關(guān)閉高側(cè) FET，低側(cè)開關(guān)就會在短時間內(nèi)保持關(guān)閉狀態(tài)。這可以防止兩個 FET 之間發(fā)生不必要且浪費的功率直通。然后低側(cè) FET 會短時間激活，然后允許開啟。然后電感器電流開始以 -Vout/L 的斜率下降，直到低側(cè) FET 關(guān)閉并且循環(huán)再次開始。結(jié)果，輸出側(cè)的電流趨向于在平均水平之上和之下振蕩。電感器和輸出電容器的濾波有助于平滑提供給負載的電流和電壓。一旦控制器關(guān)閉高側(cè) FET，低側(cè)開關(guān)就會在短時間內(nèi)保持關(guān)閉狀態(tài)。這可以防止兩個 FET 之間發(fā)生不必要且浪費的功率直通。然后低側(cè) FET 會短時間激活，然后允許開啟。然后電感器電流開始以 -Vout/L 的斜率下降，直到低側(cè) FET 關(guān)閉并且循環(huán)再次開始。結(jié)果，輸出側(cè)的電流趨向于在平均水平之上和之下振蕩。電感器和輸出電容器的濾波有助于平滑提供給負載的電流和電壓。為了確定每個周期內(nèi) FET 的導(dǎo)通時間，轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的 PWM 控制器將輸出電壓與參考電壓進行比較，從而產(chǎn)生誤差電壓。誤差信號應(yīng)該保持非常接近于零，但會隨著負載需求的變化而上升和下降。這種簡單的結(jié)構(gòu)允許使用模擬電路來實現(xiàn)電路。為了確定每個周期內(nèi) FET 的導(dǎo)通時間，轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的 PWM 控制器將輸出電壓與參考電壓進行比較，從而產(chǎn)生誤差電壓。誤差信號應(yīng)該保持非常接近于零，但會隨著負載需求的變化而上升和下降。這種簡單的結(jié)構(gòu)允許使用模擬電路來實現(xiàn)電路。任何電源轉(zhuǎn)換器的一個關(guān)鍵問題是負載需求的變化與 PWM 控制器產(chǎn)生的補償之間存在滯后，因為它具有離散特性。在控制回路的設(shè)計中存在固有的權(quán)衡。為確保穩(wěn)定性，使用平均來防止輸出電壓中出現(xiàn)不必要的振鈴以及由此導(dǎo)致的調(diào)節(jié)失敗。通常，較慢的響應(yīng)往往會使系統(tǒng)更穩(wěn)定；但是響應(yīng)功率需求變化的延遲會導(dǎo)致失調(diào)，因為基于 PWM 的控制回路試圖跟上。試圖在這兩個極端之間做出折衷的方法是應(yīng)用與誤差電壓大小成比例的增益校正。這以潛在的不穩(wěn)定性為代價提高了響應(yīng)能力。任何電源轉(zhuǎn)換器的一個關(guān)鍵問題是負載需求的變化與 PWM 控制器產(chǎn)生的補償之間存在滯后，因為它具有離散特性。在控制回路的設(shè)計中存在固有的權(quán)衡。為確保穩(wěn)定性，使用平均來防止輸出電壓中出現(xiàn)不必要的振鈴以及由此導(dǎo)致的調(diào)節(jié)失敗。通常，較慢的響應(yīng)往往會使系統(tǒng)更穩(wěn)定；