數(shù)字電源之我見（1）典型控制系統(tǒng)框圖

時(shí)間：2022-09-20 11:19:37

關(guān)鍵字：電壓模式BUCK電路數(shù)字電源

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[導(dǎo)讀]本文以電壓模式BUCK電路為例，從數(shù)字電源的基本原理說起，先介紹一下數(shù)字控制的系統(tǒng)框圖，從信號(hào)流的角度去概括性的描述每一個(gè)模塊的主要作用，如圖1所示。

本文以電壓模式BUCK電路為例，從數(shù)字電源的基本原理說起，先介紹一下數(shù)字控制的系統(tǒng)框圖，從信號(hào)流的角度去概括性的描述每一個(gè)模塊的主要作用，如圖1所示。

圖1 數(shù)字控制電源的系統(tǒng)框圖

一般而言，對(duì)于開關(guān)電源來說，我們控制的目標(biāo)是輸出電壓（或者輸出電流）Vo(t),那么，類似于在模擬電源中，首先對(duì)輸出電壓進(jìn)行信號(hào)調(diào)理分壓，以便將這個(gè)電壓處理為一個(gè)接近基準(zhǔn)電壓的值，這部分模塊我們用H(s)來表示，得到Vs(t)信號(hào)。

Vs(t)電壓進(jìn)入芯片之后，會(huì)進(jìn)行一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換過程，即采用芯片內(nèi)部的ADC模塊將模擬電壓Vs(t)轉(zhuǎn)化為一系列離散的數(shù)字序列，Vs*[k],這里的ADC具有一定的采樣周期T,及相應(yīng)的分辨率（如12bit對(duì)應(yīng)4095），信號(hào)采樣后的形式為Vs[k].

一般而言，tk代表每一個(gè)采樣時(shí)刻，那么，采樣時(shí)刻對(duì)應(yīng)的模擬采樣電壓值為Vs(tk),數(shù)字化的采樣電壓為Vs*[k],Vs(tk)通過ADC轉(zhuǎn)化后得到Vs*[k].

這里我們討論一個(gè)典型的問題，ADC的采樣周期一般會(huì)設(shè)置為多少呢？通常，我們會(huì)把ADC的采樣周期T設(shè)為PWM開關(guān)的開關(guān)周期Ts，

這樣把ADC采樣過程和開關(guān)過程就同步起來了，會(huì)有什么好處呢？由于采樣周期和開關(guān)周期相同，那么采樣頻率也就等于開關(guān)頻率，所以，在每一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，采樣總是發(fā)生在同一個(gè)固定的位置。

此時(shí)，有人說是否可以把ADC的采樣頻率設(shè)為高于開關(guān)頻率而有助于減小控制延時(shí)呢？這一點(diǎn)我們后面會(huì)進(jìn)行探討。

接下來，采樣后的值Vs*[k]會(huì)和內(nèi)部的數(shù)字控制參考Vref來比較產(chǎn)生控制誤差e[k],這個(gè)控制誤差就會(huì)被芯片內(nèi)的數(shù)字補(bǔ)償器所計(jì)算，每一個(gè)開關(guān)周期產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字控制命令u[k]。

最后，計(jì)算出來的數(shù)字命令u[k]，會(huì)傳輸給芯片內(nèi)部的數(shù)字PWM模塊即DPWM，通過它調(diào)制出一個(gè)正比于數(shù)字命令u[k]的脈沖信號(hào)c(t)。一般地，這個(gè)信號(hào)會(huì)在開關(guān)周期之初被Latch住，以避免在周期內(nèi)功率開關(guān)的占空比會(huì)多次變化。如圖所示，根據(jù)所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)c(t)以及功率電路要求的PWM輸出模式，芯片會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)組合，這里圖示為同步buck電路，所以會(huì)產(chǎn)生一組互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)脈沖，主開關(guān)的占空比就是c(t)。