數(shù)字控制相對(duì)模擬控制的優(yōu)點(diǎn)主要是易于采用先進(jìn)的控制方法和智能控制策略，提高 電源模塊的性能；控制靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，甚至可以在線修改控制算法（比如Micrcochip dspic33c獨(dú)有的Live Updata功能，可以不掉電升級(jí)），而不必更改硬件電路。系統(tǒng)可靠性高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，維護(hù)方便；系統(tǒng)的一致性較好，體積小，成本低，生產(chǎn)制造方便。
模擬的控制系統(tǒng)：
Type 3補(bǔ)償器模擬控制框圖
數(shù)字控制系統(tǒng)：
全數(shù)字控制框圖
模擬和數(shù)字控制環(huán)的主要區(qū)別之一是，前者所有的值在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的，而后者的值在時(shí)間和幅值都是離散的，時(shí)間是離散的是因?yàn)樾盘?hào)采樣以固定的周期重復(fù)進(jìn)行。幅值是離散的是因?yàn)锳DC將輸入值映射為一組有限的輸出可能值。但是數(shù)字化PWM開關(guān)電源都固有地存在一個(gè)開關(guān)周期的失控時(shí)間，例如當(dāng)系統(tǒng)在某一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)開關(guān)周期的脈沖寬度已經(jīng)確定，因而只能在下一個(gè)開關(guān)周期進(jìn)行調(diào)整，不過dspic33c有立即更新的功能，即立即在當(dāng)前周期進(jìn)行改變，盡量減少環(huán)路延遲時(shí)間。在控制環(huán)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)中，必須考慮一些延遲：模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣／轉(zhuǎn)換時(shí)間，環(huán)路補(bǔ)償器計(jì)算時(shí)間，功率元件響應(yīng)的某種非零延遲，低通濾波器延遲?？梢杂?jì)算出所有這些延遲的總時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是采樣頻率的邊界條件，因?yàn)槿绻到y(tǒng)在比該時(shí)間的倒數(shù)更高的頻率下工作，采樣將沒有任何意義。換言之，這是在環(huán)內(nèi)傳輸系統(tǒng)的任何變化所需要的時(shí)間。
ADC 采樣-保持ZOH的影響
離散時(shí)間的數(shù)據(jù)序列
DSP內(nèi)部的ADC模塊將連續(xù)的信號(hào)根據(jù)給定的REF和采樣時(shí)鐘等配置，轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)據(jù)序列。
采樣過程中ZOH的工作過程示意圖如下：
ADC采樣示意圖
可以看出保持輸出的值與實(shí)際的值延遲1/2采樣周期ΔTadc，而ΔTsam為實(shí)際的采樣周期間隔。
圖中藍(lán)色信號(hào)為實(shí)際的輸入連續(xù)信號(hào)，紅色信號(hào)為ADC采樣值，綠色信號(hào)為采樣還原后進(jìn)入DSP內(nèi)部的信號(hào)（即采樣輸出信號(hào)），采樣頻率越高，模擬信號(hào)的還原度越高，失真度越小。ZOH會(huì)引入一個(gè)采樣周期Ts的延遲，通過ZOH重構(gòu)信號(hào)會(huì)比原始信號(hào)延遲Ts/2，相位之后w*Ts/2弧度或者180°*（fx/fs）deg。
ADC模塊的內(nèi)部工作示意圖如下：
ADC模塊工作信號(hào)流示意圖
采樣頻率的選擇
延遲時(shí)間的倒數(shù)決定系統(tǒng)可使用的最大采樣頻率。Nyquist 采樣定理證明，為了能夠重現(xiàn)初始信號(hào)，采樣頻率必須至少是采樣信號(hào)最大頻率的兩倍。值2 實(shí)際上僅是理論值；在實(shí)際應(yīng)用中，必須更大些。典型值是6到10。相應(yīng)地，能夠正確操作的最大信號(hào)頻率是采樣頻率的六分之一到十分之一。采樣值如果選擇不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生混疊效應(yīng)。
采樣頻率是被采樣信號(hào)頻率的9xf
采樣頻率與被采樣信號(hào)的頻率相等fs=fn
采樣頻率為被采樣信號(hào)頻率的1/2
最好能使數(shù)字環(huán)的工作速度盡可能的快，以達(dá)到最小環(huán)內(nèi)延遲，從而得到最大可能的采樣頻率。關(guān)鍵是，如果采樣頻率高，那么信號(hào)最大頻率也就高；這意味著控制環(huán)可以在系統(tǒng)環(huán)境條件下很容易地響應(yīng)高頻變化。
對(duì)于數(shù)字PWM外設(shè)，有兩個(gè)不同的分辨率：頻率的分辨率和占空比的分辨率。頻率的分辨率取決于PWM外設(shè)所選的時(shí)鐘源，比如dspic33c默認(rèn)是500MHz主頻，那么PWM分辨率就是2ns，如果使能高精度，那么是8倍默認(rèn)頻率的關(guān)系，在高精度模式下分辨率可以做到250ps。占空比分辨率有點(diǎn)類似于PWM分辨率，也就是占空比控制的精細(xì)程度。PWM分辨率至少應(yīng)該比ADC的分辨率高一位；否則，輸出值將介于兩個(gè)ADC值之間，因而系統(tǒng)將不斷試圖達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而在這兩個(gè)值之間振蕩。
數(shù)字控制的主程序一般由兩部分組成：
1、一組初始化程序，其中對(duì)所有用到的外設(shè)寄存器進(jìn)行設(shè)置（可以采用MCC完成）；2、主循環(huán)。中斷服務(wù)程序（ISR）將定期中斷主循環(huán)，以便低優(yōu)先級(jí)任務(wù)能在其他時(shí)間在此循環(huán)內(nèi)執(zhí)行。例如，用于均流、用戶接口管理以及與外部單元通信。中斷服務(wù)程序是數(shù)字控制程序真正的核心。
基本操作按如下執(zhí)行：
1.從ADC硬件收集數(shù)據(jù)。
2.計(jì)算當(dāng)前讀到的系統(tǒng)電壓值（VFB）與參考電壓值的差。
3.執(zhí)行PID控制，其輸出就是占空比。
4.把計(jì)算值固定在最小值和最大值之間。
5.用當(dāng)前產(chǎn)生的（新）占空比更新占空比。由于中斷時(shí)間資源的限制，有時(shí)無法在每個(gè)PWM周期更新占空比。占空比更新頻率決定最大控制環(huán)的帶寬，是響應(yīng)輸入（線性穩(wěn)定度）或輸出（負(fù)載穩(wěn)定度）快速變化的系統(tǒng)功能。例如，如果PWM頻率為200kHz，每隔一個(gè)周期采樣電壓/電流并更新占空比，變得到100kHz的更新速率，即系統(tǒng)的兩次連續(xù)干預(yù)的時(shí)間間隔為10us。
下一篇將舉例補(bǔ)償器3p3z如果實(shí)現(xiàn)z域設(shè)計(jì)的過程。