采用调制器实现的电源控制器

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1、http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛采用Σ-Δ调制器实现的电源控制器1211于洪波宁红英令文生徐骏华（1，西安微电子技术研究所2，西安理工大学）摘要：对二阶1位Σ-Δ调制器原理、系统稳定性进行了分析。由于Σ-Δ调制器采用了过采样技术，能对基带内噪声进行整形，因此输出的信号具有高信噪比。在此基础上，将其应用于DC-DC控制器，设计出了一种数字调制方式降压型直流-直流控制器。这种转换器采用离散时间的Σ-Δ调制器实现，采样频率为10MHz。

2、与传统模拟调制方式的控制器相比，具有高信噪比，易于补偿等特点。关键词：ΣΔ调制器，SNR，脉冲宽度调制，过采样技术，噪声整形中图分类号：TN402文献标示号：AABuckconverterwithΣ-ΔModulatedController1211YuHongboNingHongyingLingWenshengXuJunhua(1,Xi'aninstituteofMicroeletronics2,Xi'anUniversityofScienceandTechnology)Abstract：Thesecond-o

3、rderΣ-Δmodulatorprincipleandthesystemstabilityhavebeencarriedontheanalysis.BecausetheΣ-Δmodulatorusestheover-samplingtechnique,itcanshapethein-bandnoise,thereforetheoutputhashighsignal-to-noiseratio.Basedonthis,itisappliedintheDC-DCcontroller,onekindofBucksw

4、ithingregulatorcontrollerisdesigned,whichusesthediscretetimeΣ-∆modulatorandsamplesat10MHz.Comparedwithtraditionalanalogmodulatedconvertor,ithashasthehighsignal-to-noiseratio,easytocompensateandsooncharacteristicsKeyword：Σ-ΔModulator，SNR，PWM，Over-sampling，Noi

5、seShaping1、引言目前，由于采用电池供电的系统的普及，这些便携设备中的电源电路必须具备高效率、小型化和低成本的特点。开关电源以其较高的转换效率，被广泛应用在这些设备中。本文在此背景下，设计了一种采用二阶Σ-Δ调制器，实现的数字方式的电源控制器。2、采用Σ-Δ调制器的降压型转换器原理在传统的降压型转换器中，将输出电压与参考电压进行比较。经过环路补偿，误差电压与三角波进行比较，最终被转换成PWM的波形，用来驱动功率开关管。尽管采用这种结构的开关稳压器能达到很高的效率，但是PWM控制的功率开关管的开关噪声会通

6、过衬底耦合到电源线，会降低同芯片上的混合信号和RF电路的性能。为此设计了一种采用Σ-Δ调制器数字编码方式实现的Buck型电压控制器。Σ-Δ调制器能将基带内的噪声推向高频，并通过外围LC组成滤波电路滤除高频噪声，实现高信噪比。图1所示为采用二阶Σ-Δ调制器实现的Buck型转换器的系统框图。这种Buck型变换器包括误差放大器，二阶Σ-Δ调制器，开关管，开关管栅极驱动逻辑。考虑到转换器具有高的开关频率，电路采用同步整流结构。其中二阶Σ-Δ调制器用于将误差信号转换为数字码流，驱动开关管工作。由于转换器开关频率很高，PM

7、OS管和NMOS管有可能同时导通，这样通过导通的PMOS管和NMOS管，会产生从电源流向地的大电流，降低了转换器效率。为了解决这个问题，电路中，在Σ-Δ调制器与开关管驱动逻辑电路之间加入非交叠时间控制电路。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛VDD非交驱Vout叠动时逻间辑控制1bitΣΔErrorModulatorAMP图1采用Σ-Δ调制器实现的Buck电压控制器Fig.1.ABuckDCControllerwithΣ-ΔModul

8、ator为了对栅极驱动信号进行噪声整形，在反馈电路中采用了Σ-Δ调制器，Σ-Δ调制器采用过采样技术，把噪声功率分布到更大的频带内，以减小小信号带宽的噪声。Σ-Δ调制器则可以进一步衰减基带内的噪声，它通过噪声整形将基带内的噪声推向高频。而在Buck型控制器中，高频噪声可通过LC滤波器滤除。实现这种转换器的关键在于高性能Σ-Δ调制器的设计。3、Σ-Δ调制器原理Σ-Δ调制器的工作原理是采用远