【摘 要】
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电子设备在人类生活中扮演着愈发重要的角色,而开关电源作为电子设备中至关重要的一环,也朝着高频化、高效化、智能化的方向不断发展,开关电源的数字化控制以其兼容性、可拓展性、可靠性及尺寸性能等方面的优势正在快速发展,不断取代模拟控制的地位。本文研究并设计了一种具有多路脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)输出的数字电源控制芯片,可以为多种隔离式拓扑提供通用化、高精度的时序控
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电子设备在人类生活中扮演着愈发重要的角色,而开关电源作为电子设备中至关重要的一环,也朝着高频化、高效化、智能化的方向不断发展,开关电源的数字化控制以其兼容性、可拓展性、可靠性及尺寸性能等方面的优势正在快速发展,不断取代模拟控制的地位。本文研究并设计了一种具有多路脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)输出的数字电源控制芯片,可以为多种隔离式拓扑提供通用化、高精度的时序控制,同时为电源系统提供良好的稳态及瞬态响应。多路数字脉宽调制器模块为本文设计的核心模块,主要由子脉宽调制器模块、控制模块、边沿生成模块及内部多路选择器模块组成,其中子脉宽调制器模块可以实现两个输出边沿的可编程调整,同时加入了过流信号的故障输入处理、多模块并联的同步信号处理及多相均流的调节处理;控制模块通过提供诸多寄存器接口,对多个输出参数进行配置,同时可以选择不同的输出模式,包括开环模式、正常模式、相移模式及多重模式,实现对多种功率级拓扑提供灵活控制方式;边沿生成模块及内部多路选择器模块可以通过配置,基于多路PWM输出及消隐信号的边沿产生并输出复杂的PWM方波。本文设计的数字滑动滤波器采用单级级联积分梳状(Cascaded Integrator Comb,CIC)抽取滤波器结构,在保持清晰的阶跃响应的同时减小随机噪声的影响,提升了系统稳定性;数字补偿器采用改进型PID算法,为系统提供可编程的补偿调节,提升环路的稳态及瞬态性能;多路数字脉宽调制器模块同时为上述两个数字模块提供采样时钟,保证系统的性能。本文所设计的数字电源控制芯片基于0.18μm CMOS工艺进行设计,数字部分面积为773×1006μm~2,可实现多种隔离型DC-DC拓扑的控制。数模混合仿真显示,在多个模式下实现稳定的多路PWM输出,为多个隔离式拓扑变换器提供高精度的时序控制,实现良好的稳态及瞬态响应。
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