数字电源UCD92xx的输出电压波形优化与分析

数字电源UCD92xx的输出电压波形优化与分析

2 数字电源模拟前端及环路

       数字电源控制环路包含了模拟前端，数字环路补偿等模块，在配置环路时需要综合考虑。其中，数字环路还包含非线性增益模块，使能后可以有效提升整个电源的动态响应性能。

2.1 数字电源模拟前端（AFE）

       图4红色框内电路为数字电源模拟前端（Analog-Front End，AFE）的一部分，其增益可以设置为1,2,4,8等四个不同的值。设置不同的增益，则ADC的输出精度也随之不同，比如设置增益为4，则输出精度为2mV；设置增益为1，则输出精度为8mV。

       在相同输入误差（VEAP-VEAN）的情况下，不同的AFE 增益值将直接影响环路指标。其影响趋势为，增益越大，环路带宽越宽。

图4：数字电源的模拟前端

2.2 数字电源环路

       图5所示的是数字电源的环路框图。其中，en是误差放大器的输出，为数字信号；yn是环路的输出，亦为数字信号，输入到PWM模块。KNLR模块是非线性增益模块，可以使能或禁止，下一节会进行详细分析。a1, a2, b0, b1, b2是环路补偿的系数，允许用户修改以适应不同的功率级设计。需要说明的是，UCD92xx内部设计有2套a1~b2的参数，分别用于软启动阶段和正常运行阶段。

图5：数字电源环路框图

2.3 非线性增益

       图5中的KNLR模块即为非线性增益模块，其详细的框图如图6。当en不超过lim0时，增益为Gin0；当en超过Lim0但不超过lim1时，增益为Gain1；依此类推。非线性增益模块依据误差放大器的输出进行不同程度的放大，可以有效的提升动态响应性能。如果Gain0设置为1，即便使能非线性增益模块，也不会影响环路指标。如果Gain0由1修改为0.75 或1.25，则会影响环路指标。其影响趋势为，增益越大，环路带宽越宽。

图6：非线性增益模块

2.4 数字电源环路配置

       图6和图7是使用数字电源开发工具Fusion Digital Power Designer来配置环路的软件截图。该工具可以模拟整个环路并给出配置之后的闭环环路指标，包括截止频率，相位余度和增益余度，极大的方便了环路的调试和优化。

       图6所示的是软启动时的环路配置。零极点的信息在“Linear Compensation”方框中，其中AFE的Gain 设置为4×；该配置中使能了非线性增益，其Limit值和Gain值是允许用户修改的。最终，整个环路的指标为23.87KHz（截止频率），49.33°（相位余度），11.77dB（增益余度）。