数字化DC-DC开关电源DPWM技术的研究与设计
发布时间：2021-02-11 06:35
随着数字芯片的迅猛发展,为其供电的传统的模拟开关电源设计愈加捉襟见肘,亟待将开关电源进行改革,实现开关电源数字化以应对各类芯片的供电需求。本文主要介绍数字化DC-DC开关电源的结构和原理,并着重分析数字反馈回路中DPWM模块的参数指标和极限环现象;此基础上,本文介绍了几类常见的DPWM技术,通过原理分析和实验仿真进行行为级建模,总结各个方法的优缺点和适用性,并给出本文汇总的六类DPWM设计方法的仿真波形加以佐证;此后,本文借鉴了辗转相减算法设计了一款新型二阶延迟链混合型DPWM,其时钟频率62.5Mhz、开关频率1Mhz,通过算法实现利用7ns和3ns的延迟单元达到1ns精度PWM输出,从而输出10-bit精度的PWM波形。同时通过对该技术进行深度研究、对其中的编码模块Decoder进行补充改良,进而添加了相应的补偿机制,不仅可以有效减少平均误差率,而且适用于PID高位全为0的极端情况。其算法误差率减小至0.05%。最后仿真结果表明:在正常工作和极端情况下,该技术均可以实现用低分辨率模块实现高分辨率PWM输出的目的,体现该算法的合理性和优越性。本文进而研究DPWM技术的应用,搭建数模混...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BUCKDC-DC拓扑结构示意图
第二章数字化DC-DC开关电源的结构与原理5充电，实现输出电压的增大；(2)当M2导通时，L1进行放电，在放电过程中，电感电流IL1逐渐减小，在此同时，电容C1也开始放电，用以补充L1损失掉的电流，从而实现输出电压的减小；在一个工作周期内，先进行(1)过程后进行(2)过程，而(1)和(2)过程的工作时间则是由反馈回路所进行控制，输出电压先增后减，在此过程中会产生周期性的输出纹波。同时，根据电感电流IL1在一个工作周期内是否为0，可以将BUCKDC-DC的工作方式分为连续导通模式(CCM)和断续导通模式(DCM)。(1)连续导通模式(CCM)：在一个工作周期内，当M1导通时，电感电流IL1的振幅从最小增至最大；当M2导通时，电感电流IL1的振幅从最大减至最小值。在每个工作周期，电感电流IL1的输出均相同，波形呈锯齿状，如图2-2所示。图2-2CCM模式下输出波形当M1开启时，系统导通，假设脉冲电压的周期为T，占空比D，则M1导通时间。在M1导通期间，忽略M1的源漏电压,则电感L1的电压差为。根据电感电流公式可知，在导通时间内，电感存储的电流量为：
第二章数字化DC-DC开关电源的结构与原理7(2-7)化简后可得：(2-8)随后进行一系列复杂计算，将上式变量约掉，由于篇幅有限，本文在此不再赘述，最终结果如下式所示：(2-9)图2-3DCM模式下输出波形2.2数字化DC-DC开关电源的框架结构数字化DC-DC开关电源的主要框架为BUCKDC-DC和数字反馈回路，通过上一小节的介绍，该拓扑结构可以工作在CCM模式或DCM模式，在本次设计中，BUCKDC-DC拓扑结构工作在CCM模式下以便分析，通过上节内容，我们得知，而反馈系统的主要作用为调节占空比使输出稳定，而数字反馈回路主要由模/数转换电路(ADC)、数字比例积分微分补偿电路(DPID)、数字脉冲宽度调制电路(DPWM)组成，整体框架如下图2-4所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]物联网云计算中数字电源控制优势研究[J]. 周璟,顾宇明. 中国新通信. 2019(16)
[2]一种多模式高瞬态响应无片外电容LDO的设计[J]. 丁玲,李长猛. 中国集成电路. 2019(04)
[3]电源管理IC的“进化”[J]. 世界电子元器件. 2018(11)
[4]现代电源技术发展趋势探析[J]. 张晓宇,刘涛. 通信电源技术. 2018(07)
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[10]集成电路版图设计的技巧[J]. 吴冬燕. 福建电脑. 2009(04)
博士论文
[1]基于数字辅助技术的SoC功率集成研究[D]. 甄少伟.电子科技大学 2013
[2]高性能sigma-delta ADC的设计与研究[D]. 李迪.西安电子科技大学 2010
[3]高性能CMOS混频器设计技术研究[D]. 唐守龙.东南大学 2005
硕士论文
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[2]一种具有数字可编程功能的电流模式BUCK DC-DC开关电源设计[D]. 齐明星.电子科技大学 2019
[3]DC-DC开关转换器中DPWM模块的电路优化设计及研究[D]. 宋瑞峰.合肥工业大学 2018
[4]应用于数字电源的可动态调整驱动电路的研究和设计[D]. 孟飞.电子科技大学 2018
[5]一种应用于数字开关电源的高精度电流采样电路设计[D]. 李可.电子科技大学 2018
[6]全并行—逐次逼近混合型模数转换器的设计与研究[D]. 余文成.合肥工业大学 2017
[7]数字DC-DC变换器中DPWM的设计[D]. 钱文明.东南大学 2016
[8]芯片版图设计优化技术研究[D]. 朱月珍.苏州大学 2014
[9]基于二分法的DPWM模块设计与应用[D]. 陈静波.电子科技大学 2014
[10]数字DC-DC变换器中DPWM的研究与设计[D]. 马骁.电子科技大学 2013
本文编号：3028689
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BUCKDC-DC拓扑结构示意图
第二章数字化DC-DC开关电源的结构与原理5充电，实现输出电压的增大；(2)当M2导通时，L1进行放电，在放电过程中，电感电流IL1逐渐减小，在此同时，电容C1也开始放电，用以补充L1损失掉的电流，从而实现输出电压的减小；在一个工作周期内，先进行(1)过程后进行(2)过程，而(1)和(2)过程的工作时间则是由反馈回路所进行控制，输出电压先增后减，在此过程中会产生周期性的输出纹波。同时，根据电感电流IL1在一个工作周期内是否为0，可以将BUCKDC-DC的工作方式分为连续导通模式(CCM)和断续导通模式(DCM)。(1)连续导通模式(CCM)：在一个工作周期内，当M1导通时，电感电流IL1的振幅从最小增至最大；当M2导通时，电感电流IL1的振幅从最大减至最小值。在每个工作周期，电感电流IL1的输出均相同，波形呈锯齿状，如图2-2所示。图2-2CCM模式下输出波形当M1开启时，系统导通，假设脉冲电压的周期为T，占空比D，则M1导通时间。在M1导通期间，忽略M1的源漏电压,则电感L1的电压差为。根据电感电流公式可知，在导通时间内，电感存储的电流量为：
第二章数字化DC-DC开关电源的结构与原理7(2-7)化简后可得：(2-8)随后进行一系列复杂计算，将上式变量约掉，由于篇幅有限，本文在此不再赘述，最终结果如下式所示：(2-9)图2-3DCM模式下输出波形2.2数字化DC-DC开关电源的框架结构数字化DC-DC开关电源的主要框架为BUCKDC-DC和数字反馈回路，通过上一小节的介绍，该拓扑结构可以工作在CCM模式或DCM模式，在本次设计中，BUCKDC-DC拓扑结构工作在CCM模式下以便分析，通过上节内容，我们得知，而反馈系统的主要作用为调节占空比使输出稳定，而数字反馈回路主要由模/数转换电路(ADC)、数字比例积分微分补偿电路(DPID)、数字脉冲宽度调制电路(DPWM)组成，整体框架如下图2-4所示：
【参考文献】：
期刊论文
[1]物联网云计算中数字电源控制优势研究[J]. 周璟,顾宇明. 中国新通信. 2019(16)
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博士论文
[1]基于数字辅助技术的SoC功率集成研究[D]. 甄少伟.电子科技大学 2013
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硕士论文
[1]一种基于PMBus总线管理、电流模式控制的Buck型DC-DC变换器的设计与研究[D]. 纵振强.电子科技大学 2019
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[7]数字DC-DC变换器中DPWM的设计[D]. 钱文明.东南大学 2016
[8]芯片版图设计优化技术研究[D]. 朱月珍.苏州大学 2014
[9]基于二分法的DPWM模块设计与应用[D]. 陈静波.电子科技大学 2014
[10]数字DC-DC变换器中DPWM的研究与设计[D]. 马骁.电子科技大学 2013
本文编号：3028689
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