DC-DC开关电源的数字控制优化研究及电路实现

Nowadays, there is a trend toward digital control technique of DC-DC converter because of its advantages such as reconfigurability and adaptability compared to analog control. However, the problems which existed in digital circuits such as quantization error and sample delay are still encountered in digital controllers. Meanwhile, the research of digital converter focuses on novel control techniques and strategies for high performance systems. Based on the introduced concept of digitally controlled DC-DC converter's FOM, this project will research its optimization from the two aspects: one is improvement of conventional digital control methods, which includes analyzing the influence of digital error and delay, proposing the means to decrease them, modeling, stability analysis and design of digitally controlled converter. The other is research on various advanced digital control methods, which includes investigation of adaptive digital control technique, and proposing improved ways from the points of dynamic response and energy dissipation. All of the research methods will be implemented and verified by experiments. This project will lay a good foundation for high performance digital control converter and promote its further development.

DC-DC开关电源的数字控制技术以其良好的可重构性、适应性等优点，逐渐成为DC-DC开关电源的发展趋势。然而，数字电源仍然存在数字电路所固有的误差、延时等问题；同时，为了提高系统性能，各种新的控制技术和策略成为数字电源研究的重点。本项目引入数字控制DC-DC开关电源品质因子的概念，并以此为切入点对开关电源数字控制的优化问题进行科学研究。对传统的数字控制方案进行改进，包括：分析误差与延时对电路性能的影响，提出减小误差、延时的方法；建立数字控制开关电源模型，并研究其稳定性、控制电路模块的设计。研究各种优化的数字控制方案，包括：探讨自适应数字控制技术；从动态响应、能量的角度提出新的改进方案。本项目的所有方案将通过硬件电路实现并加以实验验证。本项目的研究，为高性能数字控制开关电源的设计奠定了基础，有助于推进数字电源的进一步发展，具有重要的实用价值和现实意义。

DC-DC开关电源的数字控制技术以其良好的可重构性、适应性等优点，逐渐成为DC-DC开关电源的发展趋势。本项目对数字控制的DC-DC开关电源进行研究，以期改善数字电路所固有的误差、延时等问题；同时，为了提高系统性能，研究各种新的数字控制技术和策略。主要研究内容包括：建立数字控制开关电源模型，并研究其稳定性、控制电路模块的设计；分析误差与延时对电路性能的影响，提出减小误差、延时的方法；提出高精度、高线性度的数字脉宽调制结构；探讨自适应数字控制技术，当负载或者开关频率变化时，自适应改变系统的补偿函数，以提高系统稳定性；提出一种改进型补偿算法，以提高数字控制电源的瞬态响应。上述研究方案均已通过仿真或实验验证。其中，本项目提出的同步分段延时链DPWM，在时钟频率为75MHz时时间分辨率高达53ps，占空比范围为1.52%~97.81%，且通过对关键路径延时的补偿，消除了关键路径延时所引起的占空比增大现象；本项目提出的第二种同步延时DPWM结构，同步时钟频率为156MHz时，有效分辨率达到14位，占空比范围扩大至0.098%~99.847%；本项目提出的改进型补偿算法和自适应控制方法，均大大提高了数字开关电源动态性能。本项目的研究，为高性能数字控制开关电源的设计奠定了基础，有助于推进数字电源的进一步发展，具有重要的实用价值和现实意义。