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數字環路與模擬環路在電源控制技術中的區別

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2018-06-15 09:57:09【小中大】

上海自動化儀表股份有限公司研究人員聽說即在電源轉換器的輸出端，數字和模擬環路是相同的。索賠是這樣的：“使用數字電源控制技術的電源與最終用戶看起來與使用模擬電源控制技術的電源完全相同。”這讓我想起了關于戴維寧和諾頓等效電路的經典采訪問題。它是這樣的：有兩個盒子，盒子A和盒子B，其中有以下電路：

方框A

Box B

你怎么能確定哪個是哪個？

他們都輸出相同的電壓新手的原因。它們都具有相同的源阻抗。當他們放棄時，你告訴他們其中一人消耗更多的能量并加熱。熱門的包含諾頓電路。

我有另一個偉大的面試問題：

有兩個盒子，盒子A和盒子B，其中有以下電路：

方框A

Box B

一個盒子有一個帶數字控制環路的電源轉換器，另一個盒子有一個帶有模擬控制環路的電源轉換器。它們都在所有頻率下輸出1V，具有相同的輸出阻抗，并且具有相同的瞬態特性。你如何確定哪個盒子是哪個？

答案很簡單，在每個盒子上放一個示波器并比較量化噪聲。

數字控制環路使用ADC捕捉輸出電壓和/或電流，有限數學補償器和數字PWM。ADC，補償器和PWM都具有有限的分辨率。因此數字控制環路是一個采樣和量化的數據系統。模擬控制回路使用帶模擬補償器的斜坡和比較器，它也是一個采樣數據系統，但它不是量化系統。運算放大器的噪聲只有非常低的水平。

數字控制環路會產生量化噪聲，而模擬控制環路則不會，所以我們可以知道哪個盒子是哪個。

例如，我使用相同的PWM時鐘速率，相同的輸出濾波器設計，相同的補償和相同的FET開關，比較了數字和模擬環路。這兩個環路的負載瞬變是相同的。

在這里的范圍是你在100ms的數據中看到的。

數字環路與模擬環路不同

上面的跡線是模擬環路，下面的跡線是數字環路。您可以直觀地看到數字環路波形中間的較低頻率影響，還可以看到它在開關噪聲的峰值上。

直方圖顯示電壓的概率分布：

結果看起來很相似。但是，如果將低通濾波器應用于波形，則可以看到很大的不同：

模擬波形具有更緊密的分布。

現在讓我們將數據放入電子表格并仔細觀察。我已經規劃了直方圖并繪制了概率分布函數（PDF）。

數字環路與模擬環路不同

由于使用相同的開關和輸出濾波器，兩個PDF非常相似，因為開關噪聲相似。但是，過濾的PDF顯示了分布的顯著差異。

模擬環產生比數字環更緊密的分配，因為它沒有量化噪聲。

通過一些電子表格工作，未經濾波的波形具有約-46dB的RMS噪聲。濾波后的波形具有約-60dB和-70dB的RMS噪聲。

未經過濾

數字0.00496 -46.1DB

模擬0.00450 -46.9DB

過濾

數字0.00093 -60.1DB

類似物0.00028 -70.1DB

低頻內容的分布是不同的。模擬環路在低頻下具有10dB（3X）的低噪聲傳播。3倍較窄的PDF是您的眼睛在模擬環路波形中間暗帶中的示波器顯示中看到的。

因此，就像戴維寧和諾頓等價物一樣，它們并不完全一樣。諾頓等價物產生熱量，數字環路產生更廣泛的噪音分布。

所以下一次當你在一個聰明的工程專業畢業生身上拋出Thevenin和Norton的等價物時，如果正確的答案從他們的口中得到了正確的回答，可以考慮向他們拋出這個問題，看看他們是怎么做的。