基于查找表的高速DC-DC转换器数字PID控制器设计

本文主要探讨了一种基于查找表（Look-Up Tables, LUT）的数字PID控制器在高频直流-直流转换器控制中的设计。作者Aleksandar Prodić和Dragan Maksimović来自科罗拉多大学波尔得分校电气与计算机工程系的Colorado Power Electronics Center，他们旨在通过LUT替代乘法运算来实现一个小型、低功耗且适用于高频率开关模式的控制器设计。 在传统的模拟控制器中，PID（比例-积分-微分）控制算法通常依赖于复杂的运算，如乘法和除法，这在高速开关频率下可能会成为性能瓶颈。然而，通过使用LUT，设计者可以预先计算出PID调节过程中的各种输入输出关系，从而简化计算步骤。这种方法的优势在于减小了硬件需求，降低了芯片的复杂性和功耗，使得控制器能够在1MHz这样的高频下稳定工作。 设计的关键要素包括LUT的分辨率和大小。选择适当的分辨率确保了控制精度，而LUT的容量则取决于所需的调节策略复杂度。设计者需要权衡这些因素，以达到最佳性能与功耗平衡。文中给出了设计指南，提供了关于如何确定合适LUT参数的实用建议。 文章以一个实际设计为例，介绍了一款用于控制1MHz、2.7V、3W的 buck 转换器的数字控制器集成电路。该设计展示了数字PID控制器在高频应用中的实际效果，包括控制器架构、实现细节以及实验结果。通过这个案例，读者可以了解到将LUT应用于PID控制在实际设计中的具体步骤和可能遇到的问题。 这篇文章对于那些寻求在高频DC-DC转换器中提高控制效率、降低功耗的工程师具有重要的参考价值，展示了数字PID控制器结合LUT技术在现代电力电子系统中的创新应用。