CHAPTER 5 數位脈波寬度調變控制積體電路之模擬驗證
5.4 數位脈波寬度調變控制積體電路之模擬驗證
在這個章節裡，我們把電壓取樣電路、數位補償器，數位脈波寬 度調變器所組成的數位脈波寬度調變控制積體電路做系統整合的驗 證，並加上一個切換式降壓型直流至直流轉換器來實際控制該轉換器 能夠降壓至我們所設定出來的值。
我們所應用的切換式降壓型直流至直流轉換器，其輸入電壓為 5 V，輸出電壓依照脈波寬度的調變可從 0V 至 5V。另外，因為我們的 切換式降壓型直流至直流轉換器所使用的切換開關為一顆 IRF620，
所以當我們要把調變寬度的脈波輸入至轉換器的切換開關時，必須要 加一個驅動器。我們所使用的驅動器為一顆光耦合器 6N136。整個驗 證的電路如圖 5-1 所示。
圖 5-1 數位脈波寬度調變控制積體電路驗證電路圖
Digital controller
Vref(8-bits)
接妥了以上各個電路，接下來就是要做驗證的時候，我們共分成 兩個例子去做分析。分別為 Vref = 2.5 V 及 Vref = 2.7V。以下各圖即為 我們所做驗證的各項波型分析。我們可以從這些圖去瞭解我們的電路 是否有正常工作。如下說明：
圖 5-9 為觀察當每次週期訊號發生時，數位脈波寬度調變控制器 的輸出波形。
圖 5-10 為觀察數位脈波寬度調變控制器的輸出波形與相對應於 開關元件的導通截止情形。
圖 5-11 為觀察 Vref = 2.5 V 時，調變輸出電壓的暫態響應。
圖 5-12 為 Vref = 2.5 V 時，自電路啟動一段時間後的輸出電壓 情形。
圖 5-13 為當在輸出電壓暫態期間，數位脈波寬度調變控制器的 輸出調變情形。
圖 5-14 為觀察輸出電壓的穩定情形。
圖 5-15 為輸出電壓為 2.5V 時，數位脈波寬度調變控制器的調 變波形。
圖 5-16 為觀察數位脈波寬度調變控制器的輸出波形與相對應 於開關元件的導通截止情形。
圖 5-17 為觀察 Vref = 2.7 V 時，調變輸出電壓的暫態響應。
圖 5-18 為 Vref = 2.7 V 時，自電路啟動一段時間後的輸出電壓 情形。
圖 5-19 為當在輸出電壓暫態期間，數位脈波寬度調變控制器的 輸出調變情形。
圖 5-20 為輸出電壓為 2.7 V 時，數位脈波寬度調變控制器的調 變波形。
圖 5-21 為觀察輸出電壓的穩定情形。
圖 5-22 為 ADC0820 電壓取樣電路。
圖 5-23 為 Altera Nios 嵌入式系統發展實驗板，做為驗證數位補 償器與數位脈波寬度調變控制器的硬體。
圖 5-24 為切換式降壓型直流至直流電壓轉換電路。
由以上各驗證波形可知，我們所設計的數位脈波寬度調變控制積 體電路對於要去控制一切換式降壓型直流至直流轉換器分別在 2.5V 及 2.7V 時，2.5V 的誤差較小，而且 2.7V 有時候會比較難調整。我想 這是因為在類比元件端，也就是切換式電壓轉電路，由於該電路元件 的選擇對於電路特性而言，其影響是很明顯的，所以我們在選擇元件 是要特別注意，這樣才不至於誤差太大。
最後，我們列出在完成電路設計與驗證時，軟體顯示的一些資料 訊息如下所示：
Compilation Summary
Device Name EP20K200EFC484-2X Total Logic Elements 728 / 8320 (8%)
Total Pins 67 / 379 (17%) Total ESB bits 65536 / 106496 (61%) f-max 20.14 MHz (49.648 ns)
圖 5-1 QuartusII 2.0 軟體模擬 ADC0820 波型
圖 5-2 ADC0820WR/RDY腳與INT腳之波型圖
圖 5-3 Vref = 3 V，取樣電壓 3 V
圖 5-4 Vref = 3 V，取樣電壓 2.9 V
圖 5-5 Vref = 3 V，取樣電壓 3.06 V
圖 5-6 數位補償器查表運算模擬，輸出信號為 d
圖 5-7 數位脈波寬度調變器輸出模擬圖
圖 5-9 數位脈波寬度調變控制積體電路操作頻率與寬度調變波型圖
圖 5-10 Vref = 2.5 V 之 Cout與 Vgs波型
圖 5-11 Vref = 2.5 V 之輸出電壓暫態波型
圖 5-12 Vref之輸出電壓暫態與 Cout 圖
圖 5-13 Vref = 2.5 V 之輸出電壓與 Cout 暫態
圖 5-14 Vout 與 Cout 圖
圖 5-15 Vref = 2.5 V 輸出電壓與寬度調變波波型
圖 5-16 Vref = 2.7 V 之 Cout與 Vgs波型
圖 5-17 Vref = 2.7 V 之輸出電壓暫態波型
圖 5-18 Vref = 2.7V 之輸出電壓暫態與 Cout 圖
圖 5-19 Vref = 2.5 V 之輸出電壓與 Cout 暫態
圖 5-20 Vref = 2.7 V 輸出電壓與寬度調變波波型
圖 5-21 Vout 與 Cout 圖
圖 5-22 ADC0820 電路
圖 5-23 控制器電路
圖 5-24 buck 電壓轉換電路