Pri oblikovanju pretvornikov se nenehno išče višja storilnost. Poleg tega je zahteva po podpori visoke energetske učinkovitosti v računalniških aplikacijah privedla do obremenitev z zelo dinamičnim obnašanjem, z aktivacijo in deaktivacijo procesorjev in zunanjih naprav glede na njihovo delovno obremenitev. Vse to vodi v spremembe pri arhitekturi pretvornikov vstran od analogne implementacije k digitalni.
Zdi se, da je delovanje stikalnih pretvornikov po naravi digitalno, saj prenašajo diskretne napajalne pakete z ene strani pretvornika na drugo. Ta tehnika v veliki meri temelji na vzorčenju stanja izhoda pri diskretnih točkah, da pravočasno določi kako dolgo bi moralo biti stikalo, ki omogoča polnjenje, vključeno. Vendar, kljub tej očitni digitalni strukturi, večina izvedb temelji na analognem nadzornem vezju.
Z uporabo pulzno širinske modulacije (PWM), ki jo uporablja večina stikalnih napajalnikov, pretvornik dostavi napajalni paket do izhodne tirnice tako, da najprej vključi enega izmed dveh vzporednih FET-ov. Zgornji FET je aktiviran za časovno obdobje, ki ga določi krmilnik PWM. V tem času izhodna napetost zaniha navzgor proti vhodni napetosti. Tok teče v tuljavo, ki je uporabljen kot začasna shramba za polnjenje. Tok tuljave linearno narašča z njegovim naklonom, ki ga določa formula (Vin Vout)/L.
Ko krmilnik izključi zgornji FET, je spodnje stikalo namenoma izključeno za kratek čas. To prepreči neučinkoviti tokovni udar skozi dva FET-a. Nato je za kratek čas vključen spodnji FET. To povzroči padec toka tuljave z naklonom Vout/L, dokler spodnji FET ni izključen in se cikel začne znova. Rezultati posameznih ciklov v toku na izhodni strani težijo k nihanju nad in pod povprečno stopnjo. Tuljava in filtriranje izhodnega kondenzatorja s strani tuljave pomaga zgladiti tok in napetost dostavljeno v obremenitev.
FET je v času med vsakim ciklom določen s strani krmilnika PWM, ki primerja izhodno napetost z referenčno napetostjo ustvari napetost pri napaki. Signal za napako bi moral ostati blizu nič, vendar bo nihal, ko se spremenijo zahteve obremenitve. Ta preprosta konfiguracija omogoča, da se vezje realizira z uporabo analognega vezja.
Ključno vprašanje pri vsakem pretvorniku je, da obstaja zamik med spremembami v zahtevah obremenitve in posledični izravnavi krmilnika PWM zaradi njegove diskretne narave. Posledica je inherentni kompromis v oblikovanju krmilne zanke. Da bi zagotovili stabilnost, se za preprečitev neželene izhodne napetosti in posledično tudi napake v regulaciji uporabi povprečenje. Počasnejši odziv na splošno poveča stabilnost sistema. Vendar zamik v odzivu na spremembe zahtev napajanja lahko privede do izgube regulacije, saj krmilna zanka, ki temelji na PWM, skuša dohajati. Pristop, ki skuša najti kompromis med tema dvema ekstremoma, je uporaba popravka dobitka sorazmerno z velikostjo napetosti pri napaki. Rezultat je izboljšana odzivnost, vendar na račun potencialne nestabilnosti.
Izboljšajte učinkovitost energetskih krmilnikov z digitalnimi krmiljenimi zankami
Digi-Key Electronics
2017_SE248_24
