【摘 要】
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近些年来电子产品例如智能手机、平板、便携电子产品的规模迅速扩大,而电源是这些便携式电子产品不可分割的一部分。开关电源有模拟开关电源和数字开关电源。针对模拟开关电源不符合电源轻便化,运行时间过长,半导体器件会有老化现象的问题,提出了数字开关电源。数字开关电源有效率高、抗干扰能力强、控制方式灵活的优势,成为现在国内外学术界研究的重点。本文先从典型Buck变换器的工作原理入手,分析总结了数字控制Buck
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近些年来电子产品例如智能手机、平板、便携电子产品的规模迅速扩大,而电源是这些便携式电子产品不可分割的一部分。开关电源有模拟开关电源和数字开关电源。针对模拟开关电源不符合电源轻便化,运行时间过长,半导体器件会有老化现象的问题,提出了数字开关电源。数字开关电源有效率高、抗干扰能力强、控制方式灵活的优势,成为现在国内外学术界研究的重点。本文先从典型Buck变换器的工作原理入手,分析总结了数字控制Buck变换器的关键模块,主要设计了数字控制Buck变换器关键模块中的模数转换器（Analog Digital Converter,ADC）、数字补偿网络（Digital Proportion Integral Derivative,DPID）、数字脉宽调制器（Digital Pulse Width Modulation,DPWM）和一种OCP过流保护电路可实现谷值电流的非线性调节。其中,根据总体设计指标,模数转换器本文选择研究的是逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）,在ADC中还添加了冗余的思想。所设计的SAR ADC的设计指标中输入范围是0.8-2.8 V,位数为10位,采样频率10 MHz,并且最后在Cadence Virtuoso中进行了仿真验证。数字补偿网络在数字开关电源中起到了关键的作用,其性能决定整个系统的稳定性。首先在Simulink Matlab中分析并根据经验试凑法,对其DPID三者系数进行了确定比例项系数为100,积分项系数为10000,微分项系数为0.01时,Buck可以稳定输出1.8 V,超调量为0.39%。当在对其进行离散化处理时,选择了位置PID离散。数字脉宽调制器分析了其原理后,DPID和DPWM均通过硬件描述语言（Verilog）实现。其中,为了对其DPWM模块的有效性进行验证,将DPWM模块时钟频率设为50 MHz,得到占空比分别为7/10、1/2、3/10的DPWM仿真波形图仿真结果表明可以较好地实现功能。OCP过流保护电路检测到电路过流时,可迅速调节电路,根据数值比较器的比较结果,可以分阶段调节谷值电流大小。在过流的情况下,使其减小到设定倍数。而且对于不同电压,调节比例是不一样的,设定了OCP的参数之后,列出了输出电压为12V、20V和32V下,调节比例为11.1%、20.0%和25.0%,这种方法可以使得电路效率提高,改善响应速度。
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