持續(xù)推動(dòng)功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的更高效率。此外，在計(jì)算處理中支持高水平能效的需求導(dǎo)致產(chǎn)生具有高動(dòng)態(tài)行為的負(fù)載，其中處理器和外圍設(shè)備基于其工作負(fù)載激活和停用。這推動(dòng)了功率轉(zhuǎn)換器架構(gòu)從模擬到數(shù)字實(shí)現(xiàn)的變化。

開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行看起來(lái)是數(shù)字的，因?yàn)樗蕾囉谝粋€(gè)離散電荷包的傳輸轉(zhuǎn)換器的另一面。該技術(shù)主要基于在離散時(shí)間點(diǎn)對(duì)輸出狀態(tài)進(jìn)行采樣，以確定應(yīng)該保持輸送電荷的開(kāi)關(guān)多長(zhǎng)時(shí)間。然而，盡管這種明顯的數(shù)字結(jié)構(gòu)，大多數(shù)實(shí)現(xiàn)都基于模擬控制電路。

在大多數(shù)開(kāi)關(guān)模式電源采用的脈沖寬度調(diào)制（PWM）方案下，轉(zhuǎn)換器提供一個(gè)電荷包到通過(guò)首先接通兩個(gè)并聯(lián)FET中的一個(gè)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出軌。高側(cè)FET激活一段時(shí)間由PWM控制器決定。在此期間，輸出電壓向輸入電壓方向上升。電流流入電感器，用作電荷的臨時(shí)存儲(chǔ)器。電感中的電流隨公式（Vin - Vout）/L給出的斜率線性上升。

一旦控制器關(guān)斷高側(cè)FET，低側(cè)開(kāi)關(guān)將保持關(guān)閉狀態(tài)短期內(nèi)。這可以防止在兩個(gè)FET上產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)的功率。然后，低側(cè)FET被激活一小段時(shí)間，然后允許接通。然后電感電流開(kāi)始以-Vout/L的斜率下降，直到低側(cè)FET關(guān)閉并且循環(huán)再次開(kāi)始。結(jié)果，輸出側(cè)的電流趨于在平均水平之上和之下振蕩。通過(guò)電感和輸出電容進(jìn)行濾波有助于平滑輸出到負(fù)載的電流和電壓。

為確定每個(gè)周期內(nèi)FET的導(dǎo)通時(shí)間，轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的PWM控制器將輸出電壓與輸出電壓進(jìn)行比較。參考電壓，產(chǎn)生誤差電壓。誤差信號(hào)應(yīng)保持非常接近零，但隨著負(fù)載需求的變化將上升和下降。這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)允許使用模擬電路實(shí)現(xiàn)電路。

任何電源轉(zhuǎn)換器的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是負(fù)載需求的變化與PWM控制器產(chǎn)生的補(bǔ)償之間存在滯后，因?yàn)樗请x散的性質(zhì)?？刂苹芈返脑O(shè)計(jì)存在固有的權(quán)衡。為確保穩(wěn)定性，平均值用于防止輸出電壓中出現(xiàn)不必要的振鈴，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)失敗。通常，較慢的響應(yīng)往往會(huì)使系統(tǒng)更穩(wěn)定;但是，響應(yīng)電源需求變化的延遲可能導(dǎo)致失調(diào)，因?yàn)榛赑WM的控制環(huán)路試圖跟上。試圖在這兩個(gè)極端之間進(jìn)行折衷的方法是應(yīng)用與誤差電壓的大小成比例的增益校正。這會(huì)以潛在的不穩(wěn)定性為代價(jià)提高響應(yīng)能力。

轉(zhuǎn)向數(shù)字控制策略可以更靈活地設(shè)計(jì)控制策略。例如，通過(guò)經(jīng)典的比例，積分，微分（PID）控制架構(gòu)，基于數(shù)字或基于軟件的實(shí)現(xiàn)使得更容易調(diào)整算法的不同部分的系數(shù)，并包括額外的反饋路徑以獲得更好的響應(yīng)性。 PID控制器設(shè)計(jì)用于誤差輸入，并組合應(yīng)用不同策略的處理模塊的輸出。

比例項(xiàng)直接作用于誤差信號(hào)。如果錯(cuò)誤很大，則該術(shù)語(yǔ)的輸出也會(huì)很大。積分項(xiàng)考慮了控制器的長(zhǎng)期動(dòng)作。如果許多樣本的誤差電壓仍然很大，則其輸出很大。衍生術(shù)語(yǔ)試圖通過(guò)分析誤差信號(hào)的變化率來(lái)展望未來(lái)。如果錯(cuò)誤迅速變化，則該術(shù)語(yǔ)的輸出將相應(yīng)地大。通過(guò)改變?nèi)齻€(gè)項(xiàng)的系數(shù)，控制器用戶可以很容易地改變算法的響應(yīng)性和穩(wěn)定性。

數(shù)字戰(zhàn)略還可以利用多速率采樣。多速率采樣不是以恒定頻率采樣，而是使策略適應(yīng)負(fù)載條件的快速變化。使用單個(gè)采樣輸入實(shí)現(xiàn)此效果的一種方法是采用可變頻率切換。如果輸出電壓開(kāi)始變化更快，控制器會(huì)增加PWM頻率以適應(yīng)。然而，變頻開(kāi)關(guān)在電磁兼容性（EMC）方面給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了挑戰(zhàn)：過(guò)濾固定頻率比覆蓋更寬頻率范圍更容易。

圖1：Intersil ZL8800的方框圖。

Intersil開(kāi)發(fā)了ChargeMode技術(shù)，提供了一種介紹優(yōu)勢(shì)的方法多速率采樣沒(méi)有負(fù)面影響。該技術(shù)用于ZL8800雙通道/雙相DC/DC控制器，在開(kāi)關(guān)周期內(nèi)對(duì)誤差電壓進(jìn)行采樣并多次計(jì)算調(diào)制信號(hào)，以便控制器可以調(diào)整PWM波形的兩個(gè)邊沿的時(shí)序。這種技術(shù)顯著減少了群延遲，因此支持非常高的帶寬操作。

ChargeMode方法的可編程特性使得通過(guò)改變內(nèi)部系數(shù)來(lái)?yè)苋敫攮h(huán)路增益成為可能。該控制器采用了一種新穎的策略來(lái)克服僅使用高環(huán)路增益的不穩(wěn)定性，該環(huán)路增益將PWM定時(shí)的快速變化的影響定位到一個(gè)或幾個(gè)周期。占空比突然變化的影響可以在接下來(lái)的幾個(gè)周期內(nèi)得到補(bǔ)償，并由ASCR塊執(zhí)行。

圖2：結(jié)構(gòu)ASCR控制回路。

補(bǔ)償器使用與PID控制器相似的基于反饋的算法，但差別在于補(bǔ)償器有兩條并行路徑用于處理量化誤差電壓。快速路徑以比慢速路徑更高的速率操作，并且與慢速路徑不同，不包括積分器塊?？焖俾窂街饕糜谘a(bǔ)償占空比變化的短期影響。數(shù)學(xué)上，補(bǔ)償器簡(jiǎn)化為兩極，二零濾波器。這種結(jié)構(gòu)提供了可預(yù)測(cè)的穩(wěn)定性能。

包含ASCR數(shù)字補(bǔ)償器的ChargeMode控制減少了誤差采樣瞬間和占空比決定之間的延遲。這轉(zhuǎn)化為高頻下的自然相位提升，從而帶來(lái)穩(wěn)定性并使高帶寬設(shè)計(jì)成為可能。 ASCR補(bǔ)償器只需要調(diào)整帶寬。 ASCR塊有兩個(gè)輸入：增益設(shè)置和殘差。但是，在各種輸出濾波器配置中，只需要改變ASCR增益即可達(dá)到所需的閉環(huán)帶寬操作。增益負(fù)責(zé)整體瞬態(tài)響應(yīng)速度，而殘差是阻尼因子，基本上設(shè)定環(huán)路的響應(yīng)速率。這可能會(huì)提高高瞬態(tài)敏感設(shè)計(jì)的性能，但默認(rèn)設(shè)置適用于大多數(shù)系統(tǒng)。

圖3：不同軟件參數(shù)對(duì)脈沖的影響傳統(tǒng)的多速率采樣技術(shù)的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是由于誤差電壓的過(guò)采樣而將開(kāi)關(guān)頻率諧波注入反饋回路。諸如ZL8800之類的設(shè)備在快速路徑中采用了低延遲紋波濾波器來(lái)處理該問(wèn)題。紋波的重復(fù)元素被拒絕。

軟件可配置數(shù)字控制環(huán)路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠在PCB組裝后對(duì)器件行為進(jìn)行編程，而不是依賴于添加無(wú)源元件，如電阻器和電容器。這提供了在制造期間更容易的原型設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)調(diào)整。 Intersil為ChargeMode技術(shù)設(shè)備編寫(xiě)的PowerNavigator軟件可以簡(jiǎn)單配置電源控制器，并為增益和其他參數(shù)的合適設(shè)置提供指導(dǎo)。

由于數(shù)字控制和軟件可編程性的結(jié)合， ZL8800代表了不斷增長(zhǎng)的功率轉(zhuǎn)換器之一，將進(jìn)一步提高能效。