揭开数字功率补偿器设计过程的神秘面纱

在过去的几十年里，电源工程师一直在努力完善电源设计艺术。在当今世界，他们正在应对一项新挑战：为数字电源设计设计数字补偿器。许多古老的控制理论和模拟设计过程仍然适用于数字世界，并具有一些额外的特性。例如，当模拟信号被模数转换器离散化时，会引入固有的采样误差(ADC)。此外，控制律输出的处理延迟会导致相移。最后，数字电源控制环路在接近奈奎斯特频率时存在明显的带宽限制，奈奎斯特频率是采样频率的一半。系统中的这些微小变化阻止了模拟理论统一映射到数字域，从而引起了顽固的模拟电源设计人员试图转换到数字电源设计领域的争论。

设计数控电源通常涉及以下步骤，这些步骤类似于模拟控制设计过程：

1) 设计基于理论工厂传递函数的数字补偿器。

2) 测量环路的频率响应，在这种情况下是数字补偿器、功率级(也称为设备)和反馈。

3) 分析系统频率响应。

4) 根据测得的响应，修改数字补偿器以优化数字控制环路的增益裕度、相位裕度和带宽。

5) 重复步骤 2-4，直到电源系统正确调谐。

TI的数字电源BoosterPack内含即开即用的代码示例，可帮助开发人员迅速着手进行开发。BoosterPack拥有 powerSUITE 中的多款软件工具的支持，目前可以在TI针对C2000 MCU文档和代码示例的一站式商店 controlSUITE ™内购买。powerSUITE 是一款图形化软件工具，其中包括解决方案改造工具、补偿设计工具和软件频率响应分析器，可以帮助设计人员轻松开发和修改他们的数字电源应用，并加快上市时间。这些工具提供了一个直观接口，可以将已开发的代码与 TI 的 Code Composer Studio™ 集成开发环境 (IDE) 进行无缝融合：

借助解决方案改造工具，设计人员能够轻松修改现有代码示例，将其用于那些采用简单图形用户界面 (GUI) 而非写入开发代码的定制硬件。

运用补偿设计工具，开发人员能够生成不同类型的补偿器，从而提供一个轻松调谐控制回路的方法。

使用软件频率响应分析器，开发人员能够迅速测量在C2000 MCU上执行的数字电源转换器控制回路的频率响应。

软件频率响应分析仪 ( SFRA ) 工具支持 使用软件测量闭环数字控制器电源转换器的开环增益。这使得我们的电源设计的带宽、增益裕度和相位裕度测量变得快速、简单且不引人注目(有关更多详细信息，请参阅此博客文章)。

Compensation Designer工具允许设计不同样式 的补偿器，以实现所需的闭环性能。这可以使用来自SFRA工具的测量功率级或设备数据或作为解决方案适配器工具的一部分的建模功率级来完成。需要在设备上编程的系数由解决方案适配器生成，可以直接复制到代码中。

学习这些数字电源设计概念后，可以使用新的Digital Power BoosterPack轻松应用，它实现了单个 DC-DC 降压转换器功率级和板载可调负载(由软件控制)。