數(shù)字脈沖寬度調制技術的發(fā)展

1、數(shù)字脈沖寬度調制技術的發(fā)展數(shù)字脈沖寬度調制技術的發(fā)展摘要：摘要：數(shù)字脈沖寬度調制（DPWM，DigitalPulseWidthModulation）是數(shù)字控制功率變換電路的核心。DPWM能產生開關功率器件的所需的開關控制信號，且具有易集成、開關頻率高、性能穩(wěn)定等特點。近年來，學者們在傳統(tǒng)的DPWM基礎上，提出新型的、性能更優(yōu)的電路結構，致力于提高DPWM的分辨率和開關信號頻率，從而改善DPWM以及整個電源芯片的性能。本文概述了DPWM技

2、術的發(fā)展。關鍵字：關鍵字：數(shù)字脈沖寬度調制；實現(xiàn)方案；設計目標。DevelopmentofDigitalPulseWidthModulationAbstract–DPWM(DigitalPulseWidthModulation)isthekeymoduletodigitallycontrolledpowerconverter.DPWMgeneratesnecessaryswitchsignalfpowercomponentswithpr

3、opertiesoftheabilityofintegrationhighswitchsignalfrequencystableperfmance.DuringpastyearsbasedontraditionalDPWMstructuresresearchershaveproposednovelbetterstructureswhichincreasesresolutionswitchfrequencyofDPWM.Thispaper

4、outlinesthedevelopmentofDPWM:firstlytheprinciplesimplementationsoftraditionalDPWMareanalyzedsomedesignobjectivesareconcludedthenseveralnovelimplementationsbasedonFPGA(FieldProgrammableGateArray)aredescribedlastlyfurtherd

5、etailsofperfmancesomesolutionsaregiven.Keywds–DPWMimplementationdesignobjectives.1引言引言電力電子技術是利用開關功率器件對電能進行高效變換的技術。在電力電子技術的應用中，功率變換電路的作用是將輸入的電能轉換為負載工作所需的電能，而實際電路的工作需要外加的一定頻率、占空比的開關控制信號。功率變換電路的控制器可以提供這樣的信號。而隨著電力電子技術的進步，控制器

6、起著日益重要的作用?？紤]一個具有代表性的由數(shù)字控制器控制的穩(wěn)壓器（VRVoltageRegulat），圖1給出了穩(wěn)壓器的系統(tǒng)框圖。工作負載是一個數(shù)字處理芯片，如FPGA、DSP（DigitalSignalProcess）等。輸入電能是通過交流直流變換電路變換產生的直流信號或者來自電池的直接供電。輸入電能通過框圖內的直流直流變換電路進行處理，產生的輸出電能滿足芯片對輸入電壓、阻抗等特性的要求。直流直流變換電路通常由開關功率器件、電感和電容

7、構成，常見的電路如Buck電路和Boost電路。位于框圖下方的數(shù)字控制器由模擬數(shù)字轉換器（ADCAnalogtoDigitalConverter）、數(shù)字調制器（DigitalModulat）等部分組成。其中，ADC采樣模擬的輸出電能信號，利用數(shù)字控制器內的嵌入式微控制器或者DSP進行運算，再通過數(shù)字調制器產生功率器件的開關控制信號。的設計目標；在此基礎上，描述一些基于FPGA的新型實現(xiàn)方案；最后，簡述DPPWM更多的性能細節(jié)以及部分改善

8、方法。2.DPWM的傳統(tǒng)實現(xiàn)方案的傳統(tǒng)實現(xiàn)方案DPWM的實現(xiàn)方案多種多樣，但其實現(xiàn)原理是一致的，這將在2.1中進行討論。而基于2.1的原理，兩種最基本的實現(xiàn)方案分別在2.2和2..3中進行討論和分析?；?.2和2.3中的基本方案，2.4給出了一種混合型結構的方案。最后，2.5對DPWM的設計目標進行了總結，為后文中一些新型的DPWM結構的提出作了鋪墊。2.1實現(xiàn)原理實現(xiàn)原理圖1中，數(shù)字控制器的AD部分采樣模擬輸出電壓信號Vout，通過

9、數(shù)字處理芯片的運算，得到n位的占空比控制序列d[n10]。序列d是DPW的輸入信號，控制DPWM產生具有相應脈沖寬度的脈沖控制信號。DPWM概念結構框圖如圖2所示，振蕩器（OSCOscillat）產生時鐘脈沖fs，即開關控制信號的頻率。時間量化器（TimeQuanntizer）將一個周期的時間劃分為若干個以td為寬度的時間片。在一個周期剛開始時，DPWM輸出信號被RS鎖存器置為高電平。d序列作為數(shù)字比較器（DigitalComparat

10、r）的選擇閾值，在若干個時間片中選擇一個，在這個時間片后，DPW輸出被置為低電平，從而產生了具有一定占空比的開關控制信號。圖2.DPWWM的概念結構框圖2.2計數(shù)器計數(shù)器比較器實現(xiàn)方案比較器實現(xiàn)方案利用計數(shù)器和比較器（CounterCompparat）實現(xiàn)DPWM是最基本的實現(xiàn)方法。后續(xù)的電路均是以該方案為基礎進行改進和設計的。圖3給出了該方案實現(xiàn)的波形示意圖。計數(shù)器在基準頻率為fclk的同步時鐘的作用下進行循環(huán)計數(shù)。當計數(shù)值小于占空比