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数字环路与模拟环路在电源控制技术中的区别

来源：上海自动化仪表有限公司作者：发表时间：2018-06-15 09:57:09【小中大】

上海自动化仪表股份有限公司研究人员听说即在电源转换器的输出端，数字和模拟环路是相同的。索赔是这样的：“使用数字电源控制技术的电源与最终用户看起来与使用模拟电源控制技术的电源完全相同。”这让我想起了关于戴维宁和诺顿等效电路的经典采访问题。它是这样的：有两个盒子，盒子A和盒子B，其中有以下电路：

方框A

Box B

你怎么能确定哪个是哪个？

他们都输出相同的电压新手的原因。它们都具有相同的源阻抗。当他们放弃时，你告诉他们其中一人消耗更多的能量并加热。热门的包含诺顿电路。

我有另一个伟大的面试问题：

有两个盒子，盒子A和盒子B，其中有以下电路：

方框A

Box B

一个盒子有一个带数字控制环路的电源转换器，另一个盒子有一个带有模拟控制环路的电源转换器。它们都在所有频率下输出1V，具有相同的输出阻抗，并且具有相同的瞬态特性。你如何确定哪个盒子是哪个？

答案很简单，在每个盒子上放一个示波器并比较量化噪声。

数字控制环路使用ADC捕捉输出电压和/或电流，有限数学补偿器和数字PWM。ADC，补偿器和PWM都具有有限的分辨率。因此数字控制环路是一个采样和量化的数据系统。模拟控制回路使用带模拟补偿器的斜坡和比较器，它也是一个采样数据系统，但它不是量化系统。运算放大器的噪声只有非常低的水平。

数字控制环路会产生量化噪声，而模拟控制环路则不会，所以我们可以知道哪个盒子是哪个。

例如，我使用相同的PWM时钟速率，相同的输出滤波器设计，相同的补偿和相同的FET开关，比较了数字和模拟环路。这两个环路的负载瞬变是相同的。

在这里的范围是你在100ms的数据中看到的。

数字环路与模拟环路不同

上面的迹线是模拟环路，下面的迹线是数字环路。您可以直观地看到数字环路波形中间的较低频率影响，还可以看到它在开关噪声的峰值上。

直方图显示电压的概率分布：

结果看起来很相似。但是，如果将低通滤波器应用于波形，则可以看到很大的不同：

模拟波形具有更紧密的分布。

现在让我们将数据放入电子表格并仔细观察。我已经规划了直方图并绘制了概率分布函数（PDF）。

数字环路与模拟环路不同

由于使用相同的开关和输出滤波器，两个PDF非常相似，因为开关噪声相似。但是，过滤的PDF显示了分布的显着差异。

模拟环产生比数字环更紧密的分配，因为它没有量化噪声。

通过一些电子表格工作，未经滤波的波形具有约-46dB的RMS噪声。滤波后的波形具有约-60dB和-70dB的RMS噪声。

未经过滤

数字0.00496 -46.1DB

模拟0.00450 -46.9DB

过滤

数字0.00093 -60.1DB

类似物0.00028 -70.1DB

低频内容的分布是不同的。模拟环路在低频下具有10dB（3X）的低噪声传播。3倍较窄的PDF是您的眼睛在模拟环路波形中间暗带中的示波器显示中看到的。

因此，就像戴维宁和诺顿等价物一样，它们并不完全一样。诺顿等价物产生热量，数字环路产生更广泛的噪音分布。

所以下一次当你在一个聪明的工程专业毕业生身上抛出Thevenin和Norton的等价物时，如果正确的答案从他们的口中得到了正确的回答，可以考虑向他们抛出这个问题，看看他们是怎么做的。