基于UCD9222的数字电源设计

别为FF-1A、PWM-1A、Isense-1A。其中PWM-1A为PWM电压控制信号，该波形需要根据输入电压、输出电压、工作电流来设置，设置的参数通过PMBus总线写入到UCD9222中。FF-1A和Isense-1A分别是电压监控和电流监控引脚，一旦电压和电流超过设定值，UCD9222将关断输出，起到保护电路的作用。如果电压或者电流低于设定值(在负载突然增大情况下)，UCD9222将提高PWM的占空比，以便提供更大的功率，确保负载电压不降低，保证系统正常工作。如果系统的负载芯片(例如DSP、FPGA、ARM等)具有VID接口，可以将其VID接口直接连接到UCD9222。因为负载芯片一般为处理器，也具有较强的电压电流检测能力，所以负载芯片可以自主将控制参数通过VID写入到UCD9222，来主动控制电压电流的变化。

UCD7242的硬件电路设计如图4所示。需要注意的是，由于数字电源一般都提供给对电压要求非常高的处理芯片，例如DDR3、高速接口，以及多核处理器等。因此，其电压输出引脚要旁通多个不同容值和不同封装的电容，如图4中的CVDD和VDD1V0引脚。

根据图4中硬件设计，需要计算负载电容和负载电感。计算公式如下：

式中，VPPQ为输出的纹波电压，电路设计中不大于10mV;I为输出电流，两路输出分别为5A和8 A;fs为开关频率，设计中为750kHz;Vin为12V输入电压，Vout为输出电压，两路均为1V。根据式(1)和(2)，计算得到VCC1V0输出的负载电容和负载电感分别为83.3μF和0.243μH;CV DD输出的负载电容和负载电感分别为133.3μF和0.152μH。实际电路中，也可以通过修改开关频率、负载电容和负载电感来调节输出纹波电压VPPQ。但式(1)和(2)是UCD7242正常工作曲线，如果纹波设置低于芯片工作范围，将不受上式控制。

3 软件设计

软件设计的主要工作就是对UCD9222的参数进行配置。可以通过PMBus总线直接进行配置，但这需要用户非常熟悉UCD9222的寄存器设置。为了方便用户，TI公司提供了免费的图形化的配置软件，用户下载安装FusionDigital Power Designer System，并购买USB接口转PMBus接口数据线，就可以完成对UCD9222的寄存器设置、编程、读写等所有的工作。软件设计完成后，会给出相关的电压、电流、相位等曲线图。图5为输出幅频特性曲线，图6为输出相频特性曲线。图中设置参数为输入电压12 V、输出电压1 V、输出电流8 A。

图5中曲线1为比较补偿器输出的幅频曲线，可以看出，补偿器直接的输出在各个频率段反映的幅度不一致，变化很大。图6中，曲线1，在低频段(低于1 kHz)具有较好的线性相位关系，在高于1 kHz后，呈现较大的非线性关系，而且有很明显的超调现象。电压在各个频段具有较大的幅度变化，将影响电路中其他器件的性能(如影响A/D转换精度)。电压在各个频率段具有非线性相位，也将影响电路中其他器件性能(如影响FIR滤波器的幅频特性)。

为了解决这些问题，UCD7242使用跟踪环路，实时跟踪曲线1的变化关系，如图5、图6中曲线2所示。从图中可以看出，曲线2很好地跟踪上信号的相位变化，幅度变化关系也可以很好跟踪上，只是存在一个固定的比例(幅度跟踪不一致是由跟踪器和补偿器阻抗不一致引起的)。

使用跟踪后的曲线2对曲线1进行校准后，得到最终的输出电压曲线，如图5、图6中的曲线3所示。曲线3就可以看到比较稳定的幅度和相位变化关系。该曲线在大部分频率段具有较好的直流特性，对系统影响较小，而且自身也具有较好的直流关系，使得反馈控制更加准确和快速。

结语

数字技术在电源设计方面的引入使得数字电源成为可能，芯片化后的数字电源设计方法非常简单，设计出的产品具有体积小、价格便宜等优点。本文介绍了一种基于TI公司UCD系列数字电源套片的数字电源系统设计方法。该设计可以提供给多核DSP及高速的DDR3应用。在实际应用中，达到了预期的电源设计目的。