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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致創(chuàng)建具有高度動態(tài)行為的負載，處理器和外圍設備根據(jù)其工作負載激活和停用。這正在推動電源轉(zhuǎn)換器架構從模擬到數(shù)字實現(xiàn)的轉(zhuǎn)變。?功率轉(zhuǎn)換器設計的效率不斷提高。此外，在計算處理中支持高能效的需求導致創(chuàng)建具有高度動態(tài)行為的負載，處理器和外圍設備根據(jù)其工作負載激活和停用。這正在推動電源轉(zhuǎn)換器架構從模擬到數(shù)字實現(xiàn)的轉(zhuǎn)變。?開關模式電源轉(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)換器的一側傳輸?shù)搅硪粋取?/font>該技術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應保持打開多長時間。然而，盡管有這種明顯的數(shù)字結構，但大多數(shù)實現(xiàn)都是基于模擬控制電路。開關模式電源轉(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)換器的一側傳輸?shù)搅硪粋取?/font>該技術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應保持打開多長時間。然而，盡管有這種明顯的數(shù)字結構，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 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 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。一旦控制器關閉高側 FET，低側開關就會在短時間內(nèi)保持關閉狀態(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 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 FET 關閉并且循環(huán)再次開始。結果，輸出側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。一旦控制器關閉高側 FET，低側開關就會在短時間內(nèi)保持關閉狀態(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 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 FET 關閉并且循環(huán)再次開始。結果，輸出側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。這種簡單的結構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。這種簡單的結構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。在控制回路的設計中存在固有的權衡。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致的調(diào)節(jié)失敗。通常，較慢的響應往往會使系統(tǒng)更穩(wěn)定；但是響應功率需求變化的延遲會導致失調(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能力。任何電源轉(zhuǎn)換器的一個關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。在控制回路的設計中存在固有的權衡。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致的調(diào)節(jié)失敗。通常，較慢的響應往往會使系統(tǒng)更穩(wěn)定；