回路电阻测试仪本文为您介绍替代传统模拟控制的

       回路电阻测试仪本文为您介绍替代传统模拟控制的数字回路电阻测试仪技术:数字回路电阻测试仪具有超过模拟方案的巨大优势,不仅在性能方面(效率、瞬态响应、稳定性等),而且在上市时间和总拥有成本方面也同样如此。

基本概况

相位裕度和增益裕度可以通过奈奎斯特(Nyquist)图或波特(Bode)图来确定。由于波特图有一个容易读取的频率范围,因此是一个方便的工具,这将在本文中使用。Intersil用于DC/DC回路电阻测试仪转换的ZL2008第二代自适应数字化回路电阻测试仪控制器是一款业界领先的数字回路电阻测试仪控制器。它适用于非隔离式降压、升压、降压-升压和隔离式单管正激或反激式转换器。在6mm×6mm QFN封装(1)内是一个先进的回路电阻测试仪控制器,集成了回路电阻测试仪转换控制、回路电阻测试仪管理、故障管理和遥测功能。此外,还包含一个集成的微控制器,可以运行复杂的算法,可以适应超越模拟方案性能的运行。它代表了高性价比的数字回路电阻测试仪的蕞新技术。基本规格见表1


如果没有反馈,图5所示系统的简化传递函数可以表示为:


其中:

ωesr是输出电容esr产生的零点,ωn是输出级的固有频率,Q是输出级的品质因数。


为达到本文的目的,我们将忽略电容esr零点的贡献,并重点关注传递函数的其余极点。也就是说,让我们来重点关注传递函数:


这个方程有两个极点。对于Q<0.5(阻尼情况下),两个极点都是实数。对于Q>0.5(欠阻尼情况下),两极为复共轭。


 


数字回路电阻测试仪架构与模拟架构的对比


2显示了回路电阻测试仪转换控制架构从模拟(a)到现代数字控制(c)的进展。模拟PWM控制器通过使用一个斜坡误差信号来产生比例占空比。该误差信号利用回路电阻测试仪和电容网络进行补偿,以修改信号来稳定控制回路。


在数字回路电阻测试仪中蕞早尝试(2b)的比例占空比是通过一个数字计数器(DPWM)生成的,其计数是由数字信号处理器决定的。虽然这种方法在数字实现方面非常强大,但事实证明这种方法过于昂贵,对于大多数实际应用来说需要太多的静态电流。


在现代数字回路电阻测试仪控制(2c)当中,占空比仍然是由一个数字计数器生成的,但是现在的计数器是由数字状态机控制的。这个状态机是专门为回路电阻测试仪控制器(而不是一般功能的DSP)设计的,所以这个解决方案更符合成本效益,且需要较少的静态电流。


2c的架构采用了比例、积分、微分(PID)补偿器来稳定回路电阻测试仪,而不需要一个完整的DSP来补偿回路电阻测试仪。误差电压的3个要素,误差的比例、误差的积分和误差的微分结合了相对比重,以实现稳定的运行。


请注意,在架构方面数字回路电阻测试仪胜过模拟回路电阻测试仪具备的一些优势:数字控制无需外部元件进行补偿。这不仅减少了元件数量,而且可以轻而易举地改变补偿,包括随时改变,甚至随负载变化进行适应性改变。


典型的情况是没有数字控制器的外部分压器。内部参考可以缩放,因此无需使用外部分压器。这显然减少了元件数量,而且还有助于在工厂精确校准控制器,这样用户就可以受益于高精度,而无需使用昂贵的用于分压的精密回路电阻测试仪


数字架构可以简便地采用数字通信,这样的操作可以进行配置、控制,且在几乎没有外部元件的条件下进行监测。


一种数字回路电阻测试仪控制器


3显示了现代数字回路电阻测试仪控制器的基本架构。在该架构中,输出电压用一个差分放大器来检测。这个模拟信号与参考进行比较,生成个误差信号。该误差信号被数字化(ADC),结果通过一个数字补偿网络进行处理,这将在本文稍后的部分中予以描述。数字补偿的输出是一个占空比命令,它设定了数字PWM的持续时间。然后,数字PWM控制就可以FET驱动器,开关回路电阻测试仪


输出电压、输入电压、输出电流、温度都可以使用一个辅助模拟数字转换器(ADC)进行检测,ADC可复用到各个检测点。


配置可以利用引脚跨接、回路电阻测试仪器配置,或通过I2C接口的命令的方式实现。该回路电阻测试仪可通过引脚或I2C接口进行控制。配置、操作和环境条件的监测是通过I2C接口实现的。


优势


1. 更高水平的集成

4显示了一个模拟PWM和数字PWM的典型应用原理图。尽管这两个控制器共享相同数量的功率传送(power train)元件(功率FET、电感器、输入和输出电容),模拟控制器仍需要更多的外部元件。这是因为数字控制器集成了许多功能和特性,而这些功能和特性没有集成在模拟控制器内。如图所示,数字控制器减少了十几个元件。在实际实现中,数字控制器已被证明,在中高度复杂设计中可以减少多达60%的外部元件。


2. 稳定性

5显示了一个典型的回路电阻测试仪转换电路。该回路电阻测试仪转换器包括一个带有固定调制增益GfixPWM控制器、高侧和低侧开关,输出级包含一个电感器和一个或多个电容,一个负载,以及反馈或控制回路。在这种情况下,反馈控制显示为Type 3(III)放大器,但可以是任何反馈控制器。控制回路的用途是将输出与一个已知参考、VR进行比较,并调整PWM信号来纠正输出和参考之间的差额。


除了减少元件数量方面的优势之外,数字化还提供了进一步的优势,即集成的元件值可表示为存储在数字寄存器中的值。这有助于根据设计的不同方便地改变这些值,甚至随时改变,或适应不断变化的条件。


控制系统做出的任何改变都会对系统引入一种干扰。为实现一个强大而实用的系统,在这种干扰存在的条件下系统必须保持稳定。事实上,它必须在存在一大堆干扰的条件下保持稳定,包括输入电压变化、负载变化,甚至温度变化等等。


我们可以通过反馈路径增益如何接近-1来描述系统的稳定性。也就是说,在增益接近-1的条件下,反馈有多接近。由于相对于输出,反馈有一个幅度(增益)和相位,我们可以用增益裕度和相位裕度来表达稳定性,这里的增益裕度是在相位为180度时,测得的相对于单位增益的增益大小有多大,以及在增益为单位增益时,相位裕度是如何接近相对于180度的相位。

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