DC开关电源环路补偿器设计

摘要：建立了数字控制DC/DC开关电源闭环系统的s域小信号模型，采用数字重设计法针对给定的系统季数设计了数字补偿器。应用SISO Design Tool仿真平台，在伯德图分析和根轨连法的基础上设计了连续城的模拟补偿器，并进行了离散化处理。

在建立系统s城模型时引入了模数转换器和数字脉宽调制发生器产生的延迟效应，使补偿器的设计考虑了采样速率对系统的影响，改善了传统离散设计的误盖。基于教字重设计法构建的数字补偿器实现了对脉宽调制信号的可编程精确控制，保证了变换器闭环工作良好的动态特性。仿真实验结果验证了所设计的数字补偿器的性能。关键词：数字控制系统；模数转换；数字重设计法；数字补偿器；数字脉宽调制

1引言

传统的开关电源采用模拟控制技术，使用比较器、误差放大器和模拟电源管理芯片等元器件来调整电源输出电压，存在着控制电路复杂、元器件数量多以及控制电路成型后很难修改等缺点，不利于开关电源的集成化和小型化。近年来随着微电子学的迅速发展，电源的控制也已经由模拟控制、模数混合控制，进入到数字控制阶段”，具有可编程性、设计可延续性、元件数量减少、先进的校正能力等优点。以往由于DSP等控制芯片的高成本，数字控制多用于大功率AC/DC变换器、PFC功率因数校正等场合”，而对于DC/DC高频开关电源只是实现了一些数字化的简单应用，如采用MCU提供保护、监控和通信功能。随着数字控制芯片成本的降低，数字控制也逐渐应用于DC/DC直流变换器，直接参与电源的反馈回路控制，实现了信号采样补偿和PWM调节的数字化。数字PID补偿器的设计非常关键，直接决定了电源的输出精度、动态响应等指标。近年来对DC/DC开关电源的数字补偿器的建模研究已有很多论述]，主要基于数字重设计法和直接数字设计法。数字重设计是在传统模拟电源研究方法的基础上，首先将数字电源简化为一个连续的线性系统，忽略了采样保持器效应后设计模拟补偿器，然后采用双线性近似（Tustin）、匹配零极点（MPZ）等方法对其离散化得到数字补偿器。直接数字设计是直接建立零阶保持器和被控对象的离散模型，再构建包括离散补偿器的反馈系统。数字重设计和直接数字设计法在高采样速率下设计的数字补偿器性能差别不是很大，只是在低采样速率下直接数字设计更加精确。