DC開關(guān)電源環(huán)路補償器設(shè)計

摘要：建立了數(shù)字控制DC/DC開關(guān)電源閉環(huán)系統(tǒng)的s域小信號模型，采用數(shù)字重設(shè)計法針對給定的系統(tǒng)季數(shù)設(shè)計了數(shù)字補償器。應(yīng)用SISO Design Tool仿真平臺，在伯德圖分析和根軌連法的基礎(chǔ)上設(shè)計了連續(xù)城的模擬補償器，并進行了離散化處理。

在建立系統(tǒng)s城模型時引入了模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字脈寬調(diào)制發(fā)生器產(chǎn)生的延遲效應(yīng)，使補償器的設(shè)計考慮了采樣速率對系統(tǒng)的影響，改善了傳統(tǒng)離散設(shè)計的誤蓋?；诮套种卦O(shè)計法構(gòu)建的數(shù)字補償器實現(xiàn)了對脈寬調(diào)制信號的可編程精確控制，保證了變換器閉環(huán)工作良好的動態(tài)特性。仿真實驗結(jié)果驗證了所設(shè)計的數(shù)字補償器的性能。關(guān)鍵詞：數(shù)字控制系統(tǒng)；模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)字重設(shè)計法；數(shù)字補償器；數(shù)字脈寬調(diào)制

1引言

傳統(tǒng)的開關(guān)電源采用模擬控制技術(shù)，使用比較器、誤差放大器和模擬電源管理芯片等元器件來調(diào)整電源輸出電壓，存在著控制電路復(fù)雜、元器件數(shù)量多以及控制電路成型后很難修改等缺點，不利于開關(guān)電源的集成化和小型化。近年來隨著微電子學(xué)的迅速發(fā)展，電源的控制也已經(jīng)由模擬控制、模數(shù)混合控制，進入到數(shù)字控制階段”，具有可編程性、設(shè)計可延續(xù)性、元件數(shù)量減少、先進的校正能力等優(yōu)點。以往由于DSP等控制芯片的高成本，數(shù)字控制多用于大功率AC/DC變換器、PFC功率因數(shù)校正等場合”，而對于DC/DC高頻開關(guān)電源只是實現(xiàn)了一些數(shù)字化的簡單應(yīng)用，如采用MCU提供保護、監(jiān)控和通信功能。隨著數(shù)字控制芯片成本的降低，數(shù)字控制也逐漸應(yīng)用于DC/DC直流變換器，直接參與電源的反饋回路控制，實現(xiàn)了信號采樣補償和PWM調(diào)節(jié)的數(shù)字化。數(shù)字PID補償器的設(shè)計非常關(guān)鍵，直接決定了電源的輸出精度、動態(tài)響應(yīng)等指標(biāo)。近年來對DC/DC開關(guān)電源的數(shù)字補償器的建模研究已有很多論述]，主要基于數(shù)字重設(shè)計法和直接數(shù)字設(shè)計法。數(shù)字重設(shè)計是在傳統(tǒng)模擬電源研究方法的基礎(chǔ)上，首先將數(shù)字電源簡化為一個連續(xù)的線性系統(tǒng)，忽略了采樣保持器效應(yīng)后設(shè)計模擬補償器，然后采用雙線性近似（Tustin）、匹配零極點（MPZ）等方法對其離散化得到數(shù)字補償器。直接數(shù)字設(shè)計是直接建立零階保持器和被控對象的離散模型，再構(gòu)建包括離散補償器的反饋系統(tǒng)。數(shù)字重設(shè)計和直接數(shù)字設(shè)計法在高采樣速率下設(shè)計的數(shù)字補償器性能差別不是很大，只是在低采樣速率下直接數(shù)字設(shè)計更加精確。