Design of an integrated digital controller for a buck converter

Abstract

Het CoDiCapp project richt zich tot het ontwerpen van een power converter geïntegreerd in een package met een hoge vermogensdichtheid en digitale sturing. Het doel van deze thesis is een controller te ontwerpen die omgevormd kan worden tot ASIC om de power converter aan te sturen.

De uitdaging in het ontwerpen deze controller kan in drie kernpunten opgesplitst worden. Allereerst, aangezien het doel is een zo compact mogelijke power converter te ontwerpen is ook bij voorkeur de ASIC implementatie van de aansturende controller zo compact mogelijk. Ten tweede dient de converter correct aangestuurd te kunnen worden onder verschillende belastingen. Ten derde dient de power converter aangestuurd te worden door een Pulse Width Modulation (PWM) signaal met een frequentie van 1 MHz met een redelijke stuur-resolutie.

Om de ASIC compact te houden is er voor een relatief simpele implementatie van het PID stuur-algoritme geopteerd als basisontwerp voor de controller. De implementatie van een goed afgestemde PID controller zorgt meteen ook voor het stabiel functioneren van de controller onder verschillende belastingen. Ten slotte is geprobeerd om hoge frequentie technieken toe te passen om de aanstuur-resolutie onder gegeven frequentie beperkingen te verhogen, namelijk een Σ–∆ generator en dither-generator. Echter bleek de schakelsnelheid en filterend vermogen van de converter niet genoeg om deze technieken toe te passen. Hierdoor is er geopteerd om een simpele zaagtand comparator DPWM-generator te gebruiken.