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数字谷值电流控制开关DC-DC变换器

西南交通大学学报 2009年第6期44卷 865-870页

作者：周国华许建平王威西南交通大学电气工程学院四川成都610031

为了获得开关DC-DC变换器的最优数字谷值电流(DVC)控制技术,研究了电感电流连续模式下DVC控制开关DC-DC变换器的工作原理,对比分析了采用前缘、后缘、三角前缘和三角后缘4种调制方式的DVC的占空比算法,并分析了各种算法的稳定性.在此基... 详细信息

为了获得开关DC-DC变换器的最优数字谷值电流(DVC)控制技术,研究了电感电流连续模式下DVC控制开关DC-DC变换器的工作原理,对比分析了采用前缘、后缘、三角前缘和三角后缘4种调制方式的DVC的占空比算法,并分析了各种算法的稳定性.在此基础上,对DVC控制开关DC-DC变换器的时域特性进行了仿真和试验研究,结果表明,采用后缘调制的DVC控制开关DC-DC变换器具有最优的负载瞬态特性,超调电压为62 mV,响应时间为1.118 ms.

关键词： DC-DC变换器数字控制谷值电流数字脉冲宽度调制稳定性瞬态特性

基于修正离散功率级模型的数字DC-DC变换器设计

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电力系统保护与控制 2012年第9期40卷 108-113页

作者：李峰魏廷存郑宇亮郑然西北工业大学计算机学院陕西西安710072

在高精度数字DC-DC变换器设计中,必须建立变换器功率级的精确模型。通过分析现有功率级离散模型与连续模型的拟合度,建立了拟合程度更高的修正离散功率级模型。为简化数字控制器设计,针对修正离散功率级模型,提出了一种含单一设计参数... 详细信息

在高精度数字DC-DC变换器设计中,必须建立变换器功率级的精确模型。通过分析现有功率级离散模型与连续模型的拟合度,建立了拟合程度更高的修正离散功率级模型。为简化数字控制器设计,针对修正离散功率级模型,提出了一种含单一设计参数的数字补偿器设计方法,并分析了该补偿器对系统稳态和瞬态性能的影响。基于AlteraCycloneIIIFPGA开发板,实现了数字Buck变换器,测试结果表明:1.8V输出电压下,电压纹波率小于1%;0.4A负载电流跳变时,过渡时间为0.22ms,实验结果证明了修正离散功率级模型的精确性及数字补偿器的有效性。

关键词：数字DC—DC控制器离散功率级模型零极点匹配数字脉冲宽度调制过渡时间

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基于PWM技术的光纤陀螺光源控制系统设计

传感器与微系统 2012年第3期31卷 140-142+152页

作者：李清东刘军余伟涛尹建玲军械工程学院光学与电子工程系

为满足工程中对光纤陀螺光源控制电路的低功耗、小型化设计需求,设计了一种基于脉冲宽度调制(PWM)技术的光源控制系统。实验表明,该控制系统体积小,功耗低,最大电源效率可达91.4%,全温温控精度可达0.01℃,同时操作灵活,可扩展性强,具有... 详细信息

为满足工程中对光纤陀螺光源控制电路的低功耗、小型化设计需求,设计了一种基于脉冲宽度调制(PWM)技术的光源控制系统。实验表明,该控制系统体积小,功耗低,最大电源效率可达91.4%,全温温控精度可达0.01℃,同时操作灵活,可扩展性强,具有良好的实用价值。

关键词：光纤陀螺超辐射发光二极管数字脉冲宽度调制温度控制

单参数控制的数字DC-DC变换器设计及其FPGA实现

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计算机测量与控制 2012年第4期20卷 1042-1045页

作者：李峰魏廷存郑宇亮郑然西北工业大学计算机学院陕西西安710072

传统的数字DC-DC变换器采用多参数控制方法,因而增加了控制器设计的复杂度和硬件开销;一种单参数控制的数字变换器控制方法被提出,其数字补偿器由一个乘法查找表和一个加法器构成,使得执行数字控制律的逻辑电路得到显著简化;在分析了控... 详细信息

传统的数字DC-DC变换器采用多参数控制方法,因而增加了控制器设计的复杂度和硬件开销;一种单参数控制的数字变换器控制方法被提出,其数字补偿器由一个乘法查找表和一个加法器构成,使得执行数字控制律的逻辑电路得到显著简化;在分析了控制参数对变换器性能的影响后,提出了获得系统最佳瞬态性能的设计条件;基于所提的单参数控制方法,完成了数字Buck变换器的FPGA实现,测试结果表明:在1MHz的开关频率下,对于1.8V的输出电压,电压纹波律小于1%,电压调整率为6mV/V,负载调节律为8mV/A;负载电流为0.3A时,转换效率高达91.9%。

关键词： DC--DC变换器数字控制律过渡时间数字脉冲宽度调制超调量

基于数字PID补偿的降压型DC-DC控制器

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微电子学 2007年第5期37卷 692-695,699页

作者：孟浩贾晨陈志良清华大学微电子学研究所北京100084

设计了一个基于数字PID控制,可为低压系统提供稳定电源的多相位降压型DC-DC控制电路,包括flash ADC、数字PID控制器;并设计了一种新的基于延时单元/计数器的数字PWM电路,实现了一个降压型控制器。电路使用3.3 V CMOS工艺设计,芯片面积为... 详细信息

设计了一个基于数字PID控制,可为低压系统提供稳定电源的多相位降压型DC-DC控制电路,包括flash ADC、数字PID控制器;并设计了一种新的基于延时单元/计数器的数字PWM电路,实现了一个降压型控制器。电路使用3.3 V CMOS工艺设计,芯片面积为0.16 mm2,输入电压3 V,输出电压1.25 V,负载电流最大800 mA,纹波小于10 mV,开关频率1 MHz,效率最高达到90%。

关键词： DC-DC变换器降压型变换器数字脉冲宽度调制数字PID控制

高分辨率DPWM控制的高压微秒脉冲电源研究

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高分辨率DPWM控制的高压微秒脉冲电源研究

作者：谢涛旭安徽理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着电源技术的快速发展,高压脉冲电源已经被广泛应用于静电除尘、材料及生物医学等领域。在高压脉冲电源研究设计过程中控制电路的设计十分重要,为实现对高压脉冲电源的精准控制,研究一种高分辨率的高压微秒级脉冲电源具有重要... 详细信息

近年来,随着电源技术的快速发展,高压脉冲电源已经被广泛应用于静电除尘、材料及生物医学等领域。在高压脉冲电源研究设计过程中控制电路的设计十分重要,为实现对高压脉冲电源的精准控制,研究一种高分辨率的高压微秒级脉冲电源具有重要的实际意义和应用前景。本论文设计了一种以FPGA为控制核心,以直流斩波为主电路结合高压脉冲变压器,实现频率和脉宽可调的高分辨率DPWM控制的高压微秒脉冲电源。该电源输入为220V/50Hz,经两级EMI滤波、全桥整流和直流滤波后得到恒压直流,然后由FPGA产生DPWM信号经过光耦隔离驱动电路控制IGBT,实现低压陡化脉冲,在变压器低压侧原边设计了RCD磁复位电路,通过脉冲变压器升压实现高压微秒脉冲输出。为有效提高脉冲电源分辨率,本文研究了一种基于FPGA内部逻辑资源查找表LUT和寄存器REG的新型高分辨率控制方法。该电路的时钟模块通过调用FPGA内部IP核锁相环产生,对输入的50MHz时钟进行处理,处理后的时钟用于驱动脉冲模块,然后产生上升沿信号和下降沿信号,最终合成DPWM信号。论文的控制芯片使用Altera公司Cyclone VI E系列器件EP4CE10F17C8,可提供10320个LUT,使用Verilog语言对整个系统进行自顶向下的设计。本文设计的高分辨率DPWM控制高压微秒脉冲电源频率500Hz-20kHz可调,每次调整增加或减少500Hz;占空比0.1-0.9可调、步长0.1;分别对控制电路、低压侧和高压侧进行测试,得到不同频率、占空比的方波,其中控制电路时间分辨可达0.4ns,低压侧波形平滑,高压侧相对低压侧波形有较多毛刺,但是并不影响电源性能。实验表明,本文实现了对高压微秒脉冲电源的精准控制,稳定可靠,具有较高分辨率。图[72]表[9]参[67]

关键词：数字脉冲宽度调制脉冲电源 FPGA 高分辨率

基于DLL的高精度高稳定性的延迟线型DPWM的研究与设计

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基于DLL的高精度高稳定性的延迟线型DPWM的研究与设计

作者：胡嘉益南京理工大学

学位级别：硕士

随着半导体技术的快速发展,数字开关电源的性能也在快速提升。相较于传统的模拟开关电源,数字开关电源能实现多相位控制、非线性控制、模糊控制、负载均流和故障预测等功能,并且有着集成度高以及无需要更换硬件改变性能指标等优点。由... 详细信息

随着半导体技术的快速发展,数字开关电源的性能也在快速提升。相较于传统的模拟开关电源,数字开关电源能实现多相位控制、非线性控制、模糊控制、负载均流和故障预测等功能,并且有着集成度高以及无需要更换硬件改变性能指标等优点。由于开关电源对输出信号的采样精度较高,内部模块ADC模块需满足较高的分辨率,为了避免极限环现象和环路不稳定问题,高精度高稳定性的数字脉冲宽度调制(Digital Pulse Width Modulation,DPWM)模块成为研究热点。随着DPWM分辨率的提高,其输出占空比受到外部时钟频率改变或温度变化的影响而产生的误差会越来越大,甚至达到纳秒级别,产生占空比增量现象。另外由关键路径延迟产生的占空比增量现象会影响DPWM的输出,从而影响开关变换器的调节性能。针对以上提及的问题,本文提出了一个具有关键路径补偿模块和基于延迟锁定环的可调延迟单元的延迟线型DPWM结构。为了减少外界因素变化对输出占空比的影响,由多路选择器和具有不同延时的延迟路径构成可调延迟单元,通过延迟控制模块自动调节自身的延迟时间;为了减小占空比增量现象带来的影响,关键路径补偿模块能够补偿关键路径上的传输延时误差。本文设计了一个10位的延迟线型DPWM,其开关频率为781 k Hz。然后通过Vivado和FPGA进行仿真和实测,采用控制变量法,测得在温度发生变化或者输入频率改变后的输出误差值在500 ps左右,输出占空比的调节范围大约在1.63%到98.44%之间。实验结果表明本文提出的DPWM架构的稳定性相较于其他架构有很大提升,具有广泛的应用前景。

关键词：数字脉冲宽度调制占空比增量现象可调延迟单元补偿模块延迟锁定环

高分辨率DPWM模块的设计、集成与物理实现

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高分辨率DPWM模块的设计、集成与物理实现

作者：杨洲电子科技大学

学位级别：硕士

Pulse Width Modulation(PWM),即脉冲宽度调制,是一种广泛应用于直流电机控制、通信、开关电源等领域的技术。近年来,随着集成电路的发展,消费电子在市场中的占比越来越高,数字开关电源凭借其稳定性好、容易移植、可以实现复杂控制算法... 详细信息

Pulse Width Modulation(PWM),即脉冲宽度调制,是一种广泛应用于直流电机控制、通信、开关电源等领域的技术。近年来,随着集成电路的发展,消费电子在市场中的占比越来越高,数字开关电源凭借其稳定性好、容易移植、可以实现复杂控制算法的特点逐渐成为热门的研究方向,其中的重要模块——数字脉冲宽度调制(Digital Pulse Width Modulation)模块也具有很大的研究价值,其线性度、开关频率和分辨率直接影响了开关电源的性能。通过对传统DPWM结构及提高分辨率方法的分析,本文提出了一种采用三级混合结构实现12bit分辨率的DPWM模块。根据SMIC 0.13μm工艺库,利用标准单元搭建了可调节延迟单元与校准模块,共同组成理想延迟为10ns的延迟链结构,其中可调节延迟单元的调节范围为0.705ns到1.835ns,最小延迟时间变化量约为0.069ns,使用8级串联实现延迟链。校准模块则通过检测延迟链上信号的相位差,从低到高逐步增加延迟,直到总延迟略高于10ns。在利用3bit延迟链结构、6bit计数-比较结构实现9bit分辨率的Core DPWM后,设计了二阶Sigma-Delta调制器、数字抖动模块进行3bit分辨率的扩展。使用Simulink对两种混合型DPWM模块进行建模并嵌入数字开关电源系统仿真,发现二阶Sigma-Delta调制器拥有更好地性能。最后,在片内将混合型DPWM模块挂载于一款基于RISC-V的微控制器的GPIO接口。根据前端的RTL级设计,采用分模块综合、分模块布局布线的方式,先进行了可调节延迟单元、延迟模块、延迟匹配模块的后端设计,再根据其物理库完成DPWM模块、微控制器的顶层物理实现。完成子模块的物理实现时,手动摆放部分标准单元来调节其曼哈顿距离,控制走线长度,提高器件的一致性,并通过给信号线添加Shield的方式降低内部长走线之间串扰的影响。通过后仿真的分析,DPWM模块能够在所有工艺角下正常工作,满足设计指标。本文设计的DPWM模块及基于RISC-V的微控制器,均通过了静态时序分析、形式验证、设计规则检查、版图与电路一致性检查、天线效应检查,并完成流片。

关键词：数字脉冲宽度调制延迟链 Sigma-Delta调制逻辑综合物理设计

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反激变换器控制芯片设计

反激变换器控制芯片设计

作者：林玲浙江大学

学位级别：硕士

随着便携式、消费类电子产品的普及,基于反激式拓扑的开关电源控制芯片有了广泛的市场需求。同时,在电源数字化潮流中,数字控制开关电源应运而生,并因其高可靠性、高集成度以及高灵活性逐渐成为电源发展的重要方向。本文提出一款针对反... 详细信息

随着便携式、消费类电子产品的普及,基于反激式拓扑的开关电源控制芯片有了广泛的市场需求。同时,在电源数字化潮流中,数字控制开关电源应运而生,并因其高可靠性、高集成度以及高灵活性逐渐成为电源发展的重要方向。本文提出一款针对反激式结构的数字电源控制芯片。根据系统设计流程,首先介绍数字控制系统的基本结构,并细化到关键模块,详细阐述了包括数字补偿器、模数转换器及数字脉冲宽度调制器的设计方案。接着,文中给出了数字控制系统完整的理论设计过程,针对其中的一些关键问题,进行了深刻的探讨：研究应用准谐振控制技术提高系统效率的方案;建模分析数字控制系统中量化效应及极限环振荡现象的产生原因及规避方法;提出全新的数字补偿器的概念,并给出完整的设计过程。最后,介绍了系统中模拟模块,包括偏置、基准、LDO、振荡器的设计过程及仿真结果。控制芯片采用CSMC 0.18μm25VBCD工艺,设计完成并通过了仿真验证。

关键词：数字控制开关电源数字补偿器数字脉冲宽度调制极限环振荡