數位脈波寬度調變控制器實現之切換式電壓轉換電路

Abstract

以傳統的類比設計方式，當所需的電源電路的規格與需求有所變動。之前的設計就無法輕易重新設計。必須要花很大的工夫重新調整參數。甚至還要再根據新的參數改變整個晶片設計圖。尤其在更換晶片製造的製程時，類比的電源供應器晶片有重新設計上困難。幾乎是要重新製作一個新的晶片。在這一點的比較上數位設計的電源供應器的優勢更是明顯。而且類比的電路架構比起數位電路架構更容易受到外界環境因素變化的影響。舉例來說:工作溫度的變化，元件的老化，比數位電路更容易造成電路特性的漂動。

脈波寬度調變技術已廣泛應用於現代電力電子之高效率切換式直流電壓轉換器，以提昇系統電路之性能，並達到省能與高效率之目的。 此控制電路以PID 控制器之原理為設計基礎，系統的輸出電壓經過類比數位轉換器(ADC)而作為控制迴授信號，其與參考電壓之差值所產生的誤差信號作為數位控制器的輸入。數位控制器與脈波寬度調變器則以FPGA 作為電路實現的元件，並利用硬體描述語言來完成數位電路系統之設計，透過切換式電壓轉換器之系統電路驗證所設計數位控制器之功能與性能。使用FPGA 實現之數位控制器設計可作為製作積體電路元件之基礎，透過FPGA 的實現可驗證數位控制器的基本架構、運作原理與工作效能，進而研究及設計針對不同需求與性能的控制法則，使數位脈波寬度調變電路可以融入其他電路中，作為其他電路的電源供應來源，不必擔心其製程漂移以及元件老化而影響輸出電壓的穩定性。