【应用】Intersil第四代DC/DC数字控制器，专有ChargeMode控制数字架构助力电源设计

时间： 2018-04-09 来源：Intersil

电源管理行业的新趋势和不断变化的要求影响着我们设计电源的方式。电源设计的过程中存在着不同的要求，如更小尺寸的解决方案，更高的集成度，更快的瞬态响应和高开关频率等。但是纵观整个电力系统设计历史，一直存在着一个要求：需要稳定的电源。

本文介绍了困扰模拟电压模式控制回路的常见问题，并展示了数字控制回路如何提供以前无法获得的带宽。通过将其与模拟控制系统相比较，可以看出，数字控制回路能够实现更快的瞬态响应并提高性能，同时保持回路稳定。

在通过分布式电源轨（如+12V）设计负载点（POL）电源时，存在多种选择。通用架构是采用一个模拟的固定频率的电压模式控制回路，并带有外部补偿。但是，这种拓扑的缺点是补偿的复杂性。需要五个外部元件，还需要花费大量的时间进行设计。并且模拟控制回路通常很难充分利用带宽，最终的结果是设计出的电源仅具有平庸的瞬态响应。

当设计师在设计一个电源系统的时候，可以选择优化带宽，但是需要花费额外的时间计算组件，承担组件变化和老化所导致的不稳定性风险。或者，可以利用内部补偿器件来提供更快的设计时间，但又需要额外的电容来补偿较差的性能，因此BOM成本较高。这种困境的转折点在于数字控制的出现，通过对输出电压进行采样并将其转换为数字域，然后可以通过使用在模拟域中不可能实现的信号处理来实现更大的性能优势。ZL8800是Intersil推出的第四代数字控制器，采用专有的ChargeMode™控制架构，在不牺牲性能的情况下提供无需补偿的解决方案，可充分发挥数字信号处理的优势。

随着数字控制的发展，电源稳定性的难题已经得到解决。ZL8800 ChargeMode控制的DC/DC数字控制器专为实现快速瞬态响应而设计，能够在单个周期内对瞬态事件做出反应，从而减少系统中所需的输出电容量，节省成本和电路板空间。如图1所示，ZL8800是一款双通道PWM控制器，可将+12V或+5V转换为较低的输出电压，非常适合为负载点应用供电。通过全数字控制回路和内部非易失性存储器，ZL8800省去了模拟控制器上常见的大量外部组件。使用ChargeMode控制回路技术，选择补偿元件的负担完全消失。

图1 ZL8800典型应用框图

Intersil的ChargeMode控制方案通过精确修改占空比来立即响应任何瞬态事件，从而可以在一个周期内消除输出电容上的电荷损失量。在模拟系统中，快速反应的能力通常会导致低相位裕度系统的不稳定性和过度振铃。图2展示了Intersil的ZL8800对瞬态事件响应能力的一个例子，一个转换速率为10A/μs的负载被应用于该设计中。

图2 ZL8800单周期响应（转换速率为10A/μs的1V输出）

以这种速度响应瞬态的能力将ZL8800与其他电源控制器区分开来。但ZL8800真正的能力在于无需补偿即可实现快速瞬态响应。除了高速回路，ZL8800的ChargeMode控制架构本身也是十分稳定的。这意味着可以应用电感和输出电容的任意组合，并且回路将保持稳定。通过设计强化系统稳定性的数字架构，对外部电路的任何影响（例如动态移除电容或老化/热效应等）都不会对系统的稳定造成威胁。为了让设计者在选择带宽方面拥有一定的自由度，ZL8800还集成了反馈增益项，可以对其进行调整以增加响应能力。

总之，可以看出，依靠模拟补偿技术的功率转换器在提供高带宽设计方面存在限制，由于组件变化和老化，无法提供稳定性或长期可靠性。采用ZL8800数字控制架构，可以设计出高带宽无补偿的电源转换器。这些功能允许用户在短时间内开发电源，同时节省输出电容。

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LouBing Lv7. 资深专家 2018-04-09

每天进步一点点
TAO Lv7. 资深专家 2018-04-09

学习了
小倾听 Lv8. 研究员 2018-04-09

学习

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