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A Programmable Controller IC for DC/DC Converter and Power Factor Correction Applications 一种针对直流/直流转换器和功率因数校正应用的可编程控制器集成电路 摘要 这篇论文提出了一种针对通用电力电子应用技术的低成本可编程控制器的集成电路（IC）。这种可编程控制器的集成电路架构包含了10位的模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），被设置作为脉宽调制功能的可编程计数器阵列（PCA），用于调节的控制单元（处理器）。这个处理器单元被设置为数字补偿器，该补偿器在转换器系统的电压控制回路中通过较少的程序控制步骤来完成精确的补偿。通过在控制定律增加一个足够低的积分增益来限制极限环振荡。混合控制方法首次运用于控制输入电压和电流波形图来实现一个单位功率因数校正。它是观察到的可编程转换器实现高效率的功率转换。数字控制升压转换器的转换效率为91%，具有0.8%的纹波电压性能。而在功率因数校正（PFC）电路的应用，功率因数和转换器的输出纹波电压分别为0.995和0.93%。该芯片在台积电（TSMC） 0.25微米CMOS工艺实现。 关键词 升压转换器，直流转换器，数字控制，数字PID补偿器，可编程控制器集成电路。 介绍 目前技术和电子设备的大部分需要一个开关变换器的功能，特别是DC / DC和AC / DC转换器。对于系统提供一个合适的功能消耗而言，开关转换器找到一个固定的，可调节的电压源的应用程序是重要的。这样的系统包括通信，计算机（即通用目的和特殊用途），移动技术，汽车工业，和一些高频开关转换器的应用。开关转换器的主要目标是电压调节能力，在输入电压和或者负载电流变化电路中的稳定输出电压。反馈控制技术用来实现这一目标。 大多数的直流/直流和交流/直流转换器的电压调节是采用模拟电路主要完成。原因之一是，模拟组件可以更简单、高带宽、低成本效益。但是，大多数的模拟电路易受到环境噪声的影响。另外，数字集成电路的快速增殖需要低电源电压，可编程性，对环境变化的敏感性较小，和少部分计数，因此性能和灵活性可以增强，这也给出模拟控制一个重大的挑战——无法实现这些需求。利用数字控制器集成电路提供了比模拟集成电路更多的优势。数字控制电源转化器设计研究在电力电子领域中起着非常重要的作用。 在电源领域中，开关转换器为了实现数字控制的概念遇到了新的挑战。Many related studies have been conducted to investigate the behavior of the converter when subjected under digital control.（在数字控制下，许多相近的研究已被开展用来调查转换器的行为。） 在文献中，数字ASIC（特殊用途的集成电路）设计是基于硬件描述语言（HDL），用来作为一个数字控制器的标准。文献中，基于VHDL数字控制器的现场可编程门阵列（FPGA）被实现了。另外，在文献中，也能实现控制器的数字信号处理器（DSP），此处数字脉冲宽度调制产生了占空比值的离散值。近年来，越来越多的研究开始聚焦于数字控制的功率因数校正（PFC）系统设计。 这篇论文，介绍了一种低成本数字可编程控制器集成电路，针对于DC/DC和AC/DC转换器具体应用，利用10位的模数转换器（ADC）分辨率，提出了一种实现数字补偿新的方法。另外，大多数已发表的数字控制电路应用于降压/升压转换器的设计。 这些数字控制电路的一部分用于功率因数校正（PFC）设计。一种交叉的PFC控制方法把模拟电流控制回路与数字电压控制回路组合在一起，这种混合首次运用于AC/DC转换器。随着技术的反正，数字信号控制器对于PFC控制越来越有帮助。 但是，数字控制在电流模式控制系统中面临着一个挑战。因为电流回路的动力是很快的，电流回路中一个纯碎的数字实现需要一个速度非常高的模数（A/D）转换器或者一个具有足够补偿能力能够建立电感电流的数字处理器。因此，这种方法用于优化性能和作为一种PFC控制将模拟与数字技术结合起来。这篇论文中，一种混合的平均电流模式控制（ACMC）方案，与一个经济的控制器结合起来，是基于快速模拟核心的最优跟踪和调节。 脉冲宽度调制（PWM）在开关频率时运行，可以用来去除那些不需要的可能影响设备的频率成分，并且它的速度足够快的能够满足离散输出电压。因此，这个控制器电路的可编程性和灵活性使该电路在电力电子应用中更受欢迎。 下一部分章节中，将讨论数字可编程控制器集成电路的结构和实现。第三部分，讨论应用于升压转换器中数字补偿器的设计和仿真结果。第四部分呈现实验结果。最后，第五部分给出结论。 II 控制器结构 图1说明了本文提出的数字可编程控制器芯片的基本结构。它由10位模