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本论文主要研究开关电源的脉宽调制控制电路。由于PWM控制的高效率,可以有效提升系统性能,并达到省能的目的,故而脉宽调制(Pulse-width modulation,PWM)控制技术正广泛应用于开关切换式直流电压转换器的控制。本文将就PWM控制使用模拟和数字两种实现方法进行讨论。
首先设计开关电源的主拓扑结构,确定合适的电感与电容,并在此基础上建立主拓扑的小信号传递函数,分析稳定性,给出补偿控制的重要性。接着设计开关电源的模拟控制电路,使用Matlab进行系统分析,设计补偿网络,然后设计电路,仿真表明电路实现输入到输出的电压转换。
然后着重探讨开关电源的数字控制设计;根据数字控制理论对开关电源的数字控制系统分析,选取合适的数字脉宽调制器(Digital PWM,DPWM)与模数转换器(Analog to Digital converter,ADC)模块参数,并且根据PID算法设计数字补偿器,使用Matlab验证设计的正确性。接著进行DPWM和数字补偿器的电路设计;比较DPWM的不同结构后,选取性能折中的混合结构;数字补偿器使用查找表结构实现;最后使用verilog HDL设计DPWM与数字补偿器的电路,经过Modelsim仿真及FPGA测试,验证了设计的正确性。
论文结果表明模拟PWM控制具有设计方便、实现简单的特点,现阶段仍将是电源管理IC的主流技术;数字PWM控制具有控制精确、可编程、实时通信的特点,将会成为高性能控制的主流技术,同时也有望在不远的将来占据主导地位。