具有多路PWM输出的数字电源控制芯片研究与设计.pdf

摘要

电子设备在人类生活中扮演着愈发重要的角色，而开关电源作为电子设备中

至关重要的一环，也朝着高频化、高效化、智能化的方向不断发展，开关电源的数

字化控制以其兼容性、可拓展性、可靠性及尺寸性能等方面的优势正在快速发展，

不断取代模拟控制的地位。

本文研究并设计了一种具有多路脉冲宽度调制(PulseWidthModulation，PWM)

输出的数字电源控制芯片，可以为多种隔离式拓扑提供通用化、高精度的时序控制，

同时为电源系统提供良好的稳态及瞬态响应。

多路数字脉宽调制器模块为本文设计的核心模块，主要由子脉宽调制器模块、

控制模块、边沿生成模块及内部多路选择器模块组成，其中子脉宽调制器模块可以

实现两个输出边沿的可编程调整，同时加入了过流信号的故障输入处理、多模块并

联的同步信号处理及多相均流的调节处理；控制模块通过提供诸多寄存器接口，对

多个输出参数进行配置，同时可以选择不同的输出模式，包括开环模式、正常模式、

相移模式及多重模式，实现对多种功率级拓扑提供灵活控制方式；边沿生成模块及

内部多路选择器模块可以通过配置，基于多路PWM输出及消隐信号的边沿产生

并输出复杂的PWM方波。

本文设计的数字滑动滤波器采用单级级联积分梳状（CascadedIntegratorComb,

CIC）抽取滤波器结构，在保持清晰的阶跃响应的同时减小随机噪声的影响，提升

了系统稳定性；数字补偿器采用改进型PID算法，为系统提供可编程的补偿调节，

提升环路的稳态及瞬态性能；多路数字脉宽调制器模块同时为上述两个数字模块

提供采样时钟，保证系统的性能。

本文所设计的数字电源控制芯片基于0.18μmCMOS工艺进行设计，数字部分

面积为773×1006μm2，可实现多种隔离型DC-DC拓扑的控制。数模混合仿真显

示，在多个模式下实现稳定的多路PWM输出，为多个隔离式拓扑变换器提供高精

度的时序控制，实现良好的稳态及瞬态响应。

关键词：开关电源，数字控制，多路PWM，脉宽调制器，隔离式拓扑

ABSTRACT

Electronicequipmentplaysanincreasinglyimportantroleinhumanlife,and

switchingpowersupply,asacrucialpartofelectronicequipment,isalsodevelopingin

thedirectionofhighfrequency,highefficiencyandintelligence.Thedigitalcontrolof

switchingpowersupplywithitsadvantagesincompatibility,scalability,reliabilityand

sizeperformance,itisdevelopingrapidlyandconstantlyreplacingthestatusofanalog

control.

Thisthesisstudiesanddesignsadigitalpowercontrolchipwithmulti-channelPWM

output,whichcanprovidegeneralizedandhigh-precisiontimingcontrolforvarious

isolatedtopologies,andatthesametimeprovidegoodsteady-stateandtransientresponse

forthepowersystem.

Themulti-channeldigitalPWMmoduleisthecoremoduledesignedinthisthesis.

Itismainlycomposedofasub-PWMmodule,acontrolmodule,anedge