数字电源之我见(1)典型控制系统框图

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本文以电压模式BUCK电路为例,从数字电源的基本原理说起,先介绍一下数字控制的系统框图,从信号流的角度去概括性的描述每一个模块的主要作用,如图1所示。

图1 数字控制电源的系统框图

一般而言,对于开关电源来说,我们控制的目标是输出电压(或者输出电流)Vo(t),那么,类似于在模拟电源中,首先对输出电压进行信号调理分压,以便将这个电压处理为一个接近基准电压的值,这部分模块我们用H(s)来表示,得到Vs(t)信号。

Vs(t)电压进入芯片之后,会进行一个模数转换过程,即采用芯片内部的ADC模块将模拟电压Vs(t)转化为一系列离散的数字序列,Vs*[k],这里的ADC具有一定的采样周期T,及相应的分辨率(如12bit对应4095),信号采样后的形式为Vs[k].

一般而言,tk代表每一个采样时刻,那么,采样时刻对应的模拟采样电压值为Vs(tk),数字化的采样电压为Vs*[k],Vs(tk)通过ADC转化后得到Vs*[k].

这里我们讨论一个典型的问题,ADC的采样周期一般会设置为多少呢?通常,我们会把ADC的采样周期T设为PWM开关的开关周期Ts

这样把ADC采样过程和开关过程就同步起来了,会有什么好处呢?由于采样周期和开关周期相同,那么采样频率也就等于开关频率,所以,在每一个开关周期内,采样总是发生在同一个固定的位置。

此时,有人说是否可以把ADC的采样频率设为高于开关频率而有助于减小控制延时呢?这一点我们后面会进行探讨。

接下来,采样后的值Vs*[k]会和内部的数字控制参考Vref来比较产生控制误差e[k],这个控制误差就会被芯片内的数字补偿器所计算,每一个开关周期产生一个数字控制命令u[k]

最后,计算出来的数字命令u[k],会传输给芯片内部的数字PWM模块即DPWM,通过它调制出一个正比于数字命令u[k]的脉冲信号c(t)。一般地,这个信号会在开关周期之初被Latch住,以避免在周期内功率开关的占空比会多次变化。如图所示,根据所产生的脉冲信号c(t)以及功率电路要求的PWM输出模式,芯片会产生相应的驱动脉冲信号组合,这里图示为同步buck电路,所以会产生一组互补驱动脉冲,主开关的占空比就是c(t)

以上就是一个典型的数字控制buck电路,在电压控制模式VMC下的基本系统控制框图概况,你了解了吗?

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