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数字控制回路提高效率
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2022-11-28
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功率转换器设计的效率不断提高。此外，在计算处理中支持高能效的需求导致创建具有高度动态行为的负载，处理器和外围设备根据其工作负载激活和停用。这正在推动电源转换器架构从模拟到数字实现的转变。 功率转换器设计的效率不断提高。此外，在计算处理中支持高能效的需求导致创建具有高度动态行为的负载，处理器和外围设备根据其工作负载激活和停用。这正在推动电源转换器架构从模拟到数字实现的转变。 开关模式电源转换器的操作看起来本质上是数字的，因为它依赖于将离散电荷包从转换器的一侧传输到另一侧。该技术主要基于在离散时间点对输出状态进行采样，以确定传送电荷的开关应保持打开多长时间。然而，尽管有这种明显的数字结构，但大多数实现都是基于模拟控制电路。开关模式电源转换器的操作看起来本质上是数字的，因为它依赖于将离散电荷包从转换器的一侧传输到另一侧。该技术主要基于在离散时间点对输出状态进行采样，以确定传送电荷的开关应保持打开多长时间。然而，尽管有这种明显的数字结构，但大多数实现都是基于模拟控制电路。在大多数开关模式电源采用的脉宽调制 (PWM) 方案下，转换器通过首先打开两个并联 FET 中的一个来向输出轨提供一包电荷。高侧 FET 激活一定时间，具体时间由 PWM 控制器决定。在此期间，输出电压向输入电压摆动。电流流入用作电荷临时存储的电感器。电感器中的电流以公式 (Vin - Vout)/L 给出的斜率线性上升。在大多数开关模式电源采用的脉宽调制 (PWM) 方案下，转换器通过首先打开两个并联 FET 中的一个来向输出轨提供一包电荷。高侧 FET 激活一定时间，具体时间由 PWM 控制器决定。在此期间，输出电压向输入电压摆动。电流流入用作电荷临时存储的电感器。电感器中的电流以公式 (Vin - Vout)/L 给出的斜率线性上升。一旦控制器关闭高侧 FET，低侧开关就会在短时间内保持关闭状态。这可以防止两个 FET 之间发生不必要且浪费的功率直通。然后低侧 FET 会短时间激活，然后允许开启。然后电感器电流开始以 -Vout/L 的斜率下降，直到低侧 FET 关闭并且循环再次开始。结果，输出侧的电流趋向于在平均水平之上和之下振荡。电感器和输出电容器的滤波有助于平滑提供给负载的电流和电压。一旦控制器关闭高侧 FET，低侧开关就会在短时间内保持关闭状态。这可以防止两个 FET 之间发生不必要且浪费的功率直通。然后低侧 FET 会短时间激活，然后允许开启。然后电感器电流开始以 -Vout/L 的斜率下降，直到低侧 FET 关闭并且循环再次开始。结果，输出侧的电流趋向于在平均水平之上和之下振荡。电感器和输出电容器的滤波有助于平滑提供给负载的电流和电压。为了确定每个周期内 FET 的导通时间，转换器内部的 PWM 控制器将输出电压与参考电压进行比较，从而产生误差电压。误差信号应该保持非常接近于零，但会随着负载需求的变化而上升和下降。这种简单的结构允许使用模拟电路来实现电路。为了确定每个周期内 FET 的导通时间，转换器内部的 PWM 控制器将输出电压与参考电压进行比较，从而产生误差电压。误差信号应该保持非常接近于零，但会随着负载需求的变化而上升和下降。这种简单的结构允许使用模拟电路来实现电路。任何电源转换器的一个关键问题是负载需求的变化与 PWM 控制器产生的补偿之间存在滞后，因为它具有离散特性。在控制回路的设计中存在固有的权衡。为确保稳定性，使用平均来防止输出电压中出现不必要的振铃以及由此导致的调节失败。通常，较慢的响应往往会使系统更稳定；但是响应功率需求变化的延迟会导致失调，因为基于 PWM 的控制回路试图跟上。试图在这两个极端之间做出折衷的方法是应用与误差电压大小成比例的增益校正。这以潜在的不稳定性为代价提高了响应能力。任何电源转换器的一个关键问题是负载需求的变化与 PWM 控制器产生的补偿之间存在滞后，因为它具有离散特性。在控制回路的设计中存在固有的权衡。为确保稳定性，使用平均来防止输出电压中出现不必要的振铃以及由此导致的调节失败。通常，较慢的响应往往会使系统更稳定；
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