Digital Pulse-Width Modulation Control in Power Electronic Circuits

《Digital  Pulse-Width  Modulation  Control  in  Power  Electronic  Circuits:  Theory  and  Applications》

This  thesis  develops  digital  pulse-width-modulation  (DPWM)  control  of  switching  power  converters.  A  target  application  is  microprocessor  voltage  regulation  which  requires  high  efficiency  and  tight  output  load-line  control.  A  general  framework  for  load-line  control  is  developed,  which  encompasses  relevant  capacitor  technologies,  such  as  electrolytics  and  ceramics.  It  is  shown  that  load-current  feedforward  can  overcome  the  limited  bandwidth  of  conventional  feedback  load-line  control.  The  size  of  the  output  capacitor  is  then  determined  solely  by  transient  and  switching-ripple  considerations,  which  are  derived.  This  work  enables  microprocessor  voltage-regulator  implementations  using  a  small  number  of  ceramic  output  capacitors,  while  running  at  sub-megahertz  switching  frequencies.  Efficient  DPWM  controller  implementations  are  discussed,  addressing  system  stability  issues  unique  to  digital  control.  The  existence  of  limit  cycles  is  analyzed,  as  well  as  conditions  for  their  elimination.  Digital  dither  is  introduced  as  a  method  to  increase  the  effective  DPWM  resolution,  thus  preventing  limit  cycling