A digitally controlled pulse width modulation/pulse skip modulation (PWM/PSM) dual-mode buck DC/DC converter is proposed. Its operation mode can be automatically chosen as continuous conduction mode (CCM) or discontinuous conduction mode (DCM). The converter works in PSM at DCM and in 2 MHz PWM at CCM. Switching loss is reduced at a light load by skipping cycles. Thus high conversion efficiency is realized in a wide load current. The implementations of PWM control blocks, such as the ADC, the digital pulse width modulator (DPWM) and the loop compensator, and PSM control blocks are described in detail. The parameters of the loop compensator can be programmed for different external component values and switching frequencies, which is much more flexible than its analog rivals. The chip is manufactured in 0.13 μm CMOS technology and the chip area is 1.21 mm2. Experimental results show that the conversion efficiency is high, being 90% at 200 mA and 67% at 20 mA. Meanwhile, the measured load step response shows that the proposed dual-mode converter has good stability.
مبدل دیجیتالی کنترلی PWM/PSM دارای مد دوتایی DC/DC
مقدمه
مبدل دیجیتالی کنترلی مدولاسیون پرشی ضربه ایی/ مدولاسیون عرضی ضربه ایی (PWM/PSM) دارای مد دوتایی جفت DC/DC پیشنهاد شده است. مد عملیاتی آن می تواند بصورت مد رسانش پیوسته (CCM) یا مد رسانش غیرپیوسته (DCM) انتخاب گردد. مبدل در PSM و در DCMو در ۲ مگاهرتز از PWM در CCM کار می کند. اتلاف جابجایی در بار کم بوسیله ی چرخه های پرشی کاهش یافته است. بنابراین کارایی تبدیل بالا در جریان باری گسترده درک شده است. اجرایهای بلوکه های کنترلی PWN، همانند ADC، مدولاتور عرضی ضربه ایی دیجیتالی (DPWM) و جبران کننده ی حلقه، و بلوکه های کنترلی PSM بصورت مفصل توضیح داده شده است. پارامترهای جبران کننده ی حلقه ایی می تواند بری مقادیر عضوی خارجی مختلف و جابجایی فرکانسی ها برنامه ریزی شده است، که نسبت به همتاهای مشابه آن خیلی منعطف تر می باشد. قطعه در تکنولوژی ۰٫۱۳ میکرونی از CMOS ساخته شده است و سطح قطعه برابر با ۱٫۱۲ میلی متر مربع می باشد. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که کارایی تبدیلی بالا می باشد، و حدودا ۹۰% در ۲۰۰ میلی آمپر و ۶۷، در ۲۰ میلی آمپر می باشد. ضمنا، پاسخ گام باری اندازه گیری شده نشان می دهد که مبدل مد دوتایی پیشنهاد شده دارای پایداری خوبی می باشد.
با پیشرفت سریع دستگاه های قابل حمل، تقاضای بالای اجرای طولانی و عمر باتری بصورت تناقش می باشد. در نتیجه، کارایی نوع جدید به عنوان خواص کلیدی برای مدیریت توانی تجهیزات توانی شده ی باتری می باشد. چونکه بار با زمان تغییر می کنند، کارایی تبدیل می بایست برای محدوده ی گسترده ایی از جریان باری بالا باشد. تامین کنندگان توانی مد جابجایی با کنترل PWN بدلیل کارایی بالای آنها بصورت گسترده استفاده می شود. ازینرو، اتلاف جابجایی به عنوان اتلاف حاکم می باشد و زمانی که بار سنگین تامین شده است کاهش خواهد یافت. کنترل PSM کارایی بالایی در بار کم با حداقل سازی فرکانس جابجایی می دارد که به جهت کاهش اتلاف جابجایی می باشد. بنابراین، کنترل PSM دارای مزیت کارایی EMI بهتر نسبت به PFM می باشد. بنابراین کنترل دو تایی PWM/PSM معروفیت فزاینده ایی در مبدل های مد DC/DC جابجایی بدست می آورد.
مبدل های توانی دارای کنترل دیجیتالی نسبت به رقیب های مشابه بدلیل مزیت های ذتی آنها دارای خواص رقابتی بالایی می باشد که همانند قابلیت برنامه نویسی مربوط به کاربردهای مختلف، قدرتمند بودن در تغییرات فرایندی و نویزی، و اجرای معمول برنامه های کنترلی پیشرفته می باشد.
بعلاوه، زمانی که توانایی پردازش سیگنالی سریعا با مقیاس بندی تکنولوژی افزایش می یابد، طراحی مدار مشابه با سدهای زیادی در تکنولوژی های نانو مقابله می کند. به کمک ابزارهای EDA، الگوهای کنترلی دیجیتالی می تواند بوجود آید، قرار گیرد و بصورت خودکار با حداقل اصلاح تحت فرایندهای مختلف معمول گردد.
برپایه ی کنترل مد PWM و کنترل مد PSM دیجیتالی، مبدل های دوتایی PWM/PSM دارای کنترل دیجیتالی در این مقاله صورت گرفته است. مبدل در PSM و در DCM و در PWM در CCM کار می کند. حلقه ی کنترلی PWM دیجیتابی دارای نوسانات-حلقه ایی مختلف ۵-بیتی ADC، DPWM 10 بیتی و فیلتر IIR به عنوان جبران کننده ی حلقه می باشد. کارایی در طول محدوده ی باری گسترده بوسیله ی جابجایی مد خودکار باقی می ماند.
A digitally controlled PWM/PSM dual-mode DC/DC converter
Abstract
لینک مقاله اصلی:
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-4926/32/11/115007
لطفاً براي ارسال دیدگاه، ابتدا وارد حساب كاربري خود بشويد