数字控制双模功率变换器芯片设计与实现

摘要

随着整体系统对电源要求的升高，数字电源这些年越来越受到重视。由于具有智能、可配置性强、设计周期短等优点，数字电源市场占有率日渐扩大，特别是应用于服务器等对电源要求特别高的高端产品。基于传统的线性补偿方法，数字电源最基础的补偿方式为ADC（Analog Digital Converter，模数转换器）采样输出电压，数字补偿器根据采样得到的信息计算占空比，并通过DPWM（Digital Pulse Width Modulator，数字脉宽调制器）实现特定占空比的方波控制功率管。本文所实现的在传统的线性控制方法基础上，通过PWM、PSM双模式控制，提高了轻负载下的效率。
　　第一章介绍数字电源的背景知识和发展现状，以及本文的工作与意义。
　　第二章介绍数字电源PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）环路建模、补偿方式、量化效应和极限环振荡现象。着重说明了在采样对频率响应产生的影响、极限环振荡的判定条件以及对本文系统的判定。
　　第三章对PWM环路中的DPWM模块进行专门介绍。先对若干基本结构进行介绍和分析，然后对本系统采用的结构详细说明。随后给出了DPWM的仿真结果、版图设计，并在最后给出了DPWM的测试结果。
　　第四章是对整个双模控制电源系统的控制策略进行介绍。首先介绍PWM模式中的ADC模块和系统时序分配，保证PWM环路稳定。随后介绍PSM（Pulse Skip Modulation，跨周期调制）控制模块，说明PSM环路的正常工作。接着介绍两个模式之间的切换条件，保证不会出现模式振荡。最后是对软启模块的说明，确保系统上电无过冲。
　　第五章中给出了系统的各个指标的仿真结果，包括稳态和动态响应。最后给出系统的若干测试结果和芯片照片。
　　最后一章总结本文工作，对设计系统做出评价。总结作者工作，并指出本文的不足。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 引言

1.1 数字电源简介

1.2 数字电源发展现状

1.3 课题意义和实际价值

1.4 本文所做的工作

第二章 数字电源的z域模型与极限环

2.1 数字电源的z域模型及补偿

2.2 量化效应及极限环

2.3 系统设计

第三章 DPWM模块设计与仿真

3.1 DPWM原理

3.2带有数字DLL全数字混合式DPWM设计

3.3 带有数字DLL全数字混合式DPWM仿真波形

3.4 DPWM芯片照片

3.5 DPWM测试结果

第四章 PWM/PSM双模数字电源整体系统设计

4.1 环形振荡ADC模块

4.2 系统工作时序

4.3 PSM控制模块与模式切换

4.4 软启模块

第五章 数字电源系统仿真与测试波形

5.1 系统仿真结构

5.2 上电软启波形

5.3 稳态波形

5.4 瞬态响应波形

5.5 测试波形

5.6 芯片照片

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果