數(shù)字電源補償器設(shè)計流程解密

在過去數(shù)十年中，為了讓電源設(shè)計日趨完美，電源工程師們進(jìn)行了長期的努力。在今天的世界，他們正在應(yīng)對一項全新的挑戰(zhàn)：為數(shù)字電源設(shè)計數(shù)字補償器。很多老舊的控制理論和模擬設(shè)計流程在添加了特性之后，依然應(yīng)用于數(shù)字世界。例如，當(dāng)模擬信號被模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)離散時，總是會出現(xiàn)固有的抽樣誤差。此外，處理控制法輸出會導(dǎo)致相移。最后，當(dāng)數(shù)字電源控制回路接近Nyquist頻率（采樣頻率的一半）時，就會收到明顯的帶寬局限影響。系統(tǒng)之中的這些細(xì)小變化令模擬理論無法一致地映射到數(shù)字世界，導(dǎo)致頑固的模擬電源設(shè)計師們難以實現(xiàn)向數(shù)字電源設(shè)計的轉(zhuǎn)變。

與模擬控制設(shè)計流程相似，設(shè)計一個數(shù)字控制的電源，通常涉及以下步驟：

1) 基于理論上的plant transfer函數(shù)，設(shè)計一個數(shù)字補償器。

2) 測量回路的頻率響應(yīng)，在這里，值得是數(shù)字補償器、功率級(power stage)（又稱為“the plant”）和反饋。

3) 分析系統(tǒng)頻率響應(yīng)。

4) 基于測量得到的響應(yīng)，修改數(shù)字補償器，以優(yōu)化數(shù)字控制回路的增益余量、相位余量和帶寬。

5) 重復(fù)步驟2-4，直至電源系統(tǒng)調(diào)試完成。

由于 TI 已經(jīng)簡化了其powerSUITE數(shù)字電源軟件設(shè)計工具，設(shè)計和調(diào)試數(shù)字電源控制回路的流程可以通過以下圖形描述：

Solution Adapter工具讓你可以改寫TI數(shù)字電源包中已有的代碼實例，將其配置為可以運行在你自己定制的數(shù)字電源電路板上，使用與TI工具包相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖形用戶界面(GUI)將引導(dǎo)你完成整個流程：選擇需要改寫的解決方案、選擇與該解決方案相關(guān)的選項，并定制這些選項，以令軟件解決方案可以應(yīng)用在你定制的硬件設(shè)計之中。

軟件頻率響應(yīng)分析儀(SFRA)工具實現(xiàn)了，使用軟件進(jìn)行封閉回路數(shù)字控制電源轉(zhuǎn)換器的開放回路增益的測量。這讓你可以輕松、便捷地測量電源設(shè)計的帶寬、增益余量和相位余量。

補償設(shè)計師工具實現(xiàn)了不同樣式的補償器設(shè)計，以獲得所需的封閉回路性能。將測量得到的功率級或者SFRA工具或者模型化功率級上的plant數(shù)據(jù)用作解決方案適配工具的一部分，就可以實現(xiàn)上述設(shè)計。需要在器件上進(jìn)行編程的系數(shù)將由解決方案適配器生成，可以直接拷貝到代碼中。

使用全新的數(shù)字電源助推包，學(xué)習(xí)這些數(shù)字電源設(shè)計概念，并將其輕松應(yīng)用。數(shù)字電源助推包執(zhí)行的是一個單一的DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器功率級，以及一個板上可調(diào)式負(fù)載（由軟件控制）。

審核編輯：郭婷