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(多图) 数字控制在电源应用中的特性、价值和优势

2011年11月23日 ?? 收藏0

软启动以及模拟和数字电源的时序

当电源刚启动时,各种存储元件,如电容和电感,都处于零储能状态。在这样的状况下,电源突然升压会引起系统很大的浪涌电压和浪涌电流。因此,电源的所有阶段都必须使用软启动来确保系统元件避免受到不必要的压力。

许多(并非全部)模拟控制器都带有内置软启动功能。

模拟控制器在选择软启动持续时间时都只提供有限的灵活性,且需额外电路来实现启动延时。

在多级电源中,由于一些输出取决于其他输出,因此有必要通过预定义方式对输出顺序进行控制。这可由单独的时序芯片完成,或者使用后台单片机以及辅助电路来实现。

由于所有时序控制和软启动子程序都可作为电源控制软件的一部分来完成,因此数字电源不需要外加硬件。电源的每一级都可实现一个软启动子程序,每个都具有不同的持续时间和延时。典型的软启动子程序如例1 中的C 代码片段所示。

void PFCSoftStartRoutine()

{

Delay_ms(STARTUP_DELAY)

pfcVoltagePID.controlReference = pfcInitialOutputVoltage;

while (pfcVoltagePID.controlReference <= PFCVOLTAGE_REFERENCE)

{

Delay_ms(SOFTSTART_INCREMENT_DELAY);

pfcVoltagePID.controlReference += PFC_SOFTSTART_INCREMENT;

}

pfcVoltagePID.controlReference = PFCVOLTAGE_REFERENCE;

}

在例1 中,dsPIC DSC 初始化之后就立刻调用软启动子程序。首先调用启动延时,随后输出电压参考将被设定为实际测量的输出电压。参考值一直以固定速率上升,直到其达到期望值为止。此时,软启动结束,系统正常运行开始。数字控制器可灵活使用软启动子程序。相同的子程序在不同时间阶段可通过不同参数进行调用。例如,如果系统要在故障发生后重启,启动延时和软启动持续时间可修改为不同的值。

时序控制可在不外加任何电路的情况下,通过一些灵活的配置加以实现。图6 中显示了一些时序机制原理图。

如果一个转换器取决于另一级的输出,则软件可设置标志来指示转换器何时完全启动,电压已经为下一级的上升作好准备。

如图6 所示,数字电源能根据实际应用需求以多种方式轻松实现时序控制。数字电源在选择软启动和时序控制方案上具有很大的灵活性,不需要增加专用芯片或者复杂的电路。

时序控制机制
图 6: 时序控制机制

前沿消隐(LEB)

大多数功率转换器的电流反馈信号必须通过滤波来消除噪声以及避免限流以及故障电路的误动作。随着开关速度的加快,噪声对反馈信号的影响变得越来越大。在一些情况下,MOSFET开关瞬间产生的噪声尖峰电流甚至超过了设定的最大电流值。

通过滤波将这些噪声从电流反馈信号中滤除的同时也难免对波形造成不利影响。为实现精确的闭环控制运行和电流限定值保护,期望保持波形不会发生畸变。因此,一项被称为LEB 的技术经常被用来消除靠近PWM开关边沿反馈信号的噪声尖峰。

对于模拟控制器,需要设计一个硬件消隐电路来屏蔽固定持续时间内的反馈信号。图7 显示了LEB 电路的一种可能构造。电路可屏蔽固定时间内的噪声尖峰,该时间长度可由定时电阻和电容确定。这种方案增加了系统的成本和复杂性,并且在消隐持续时间上没有足够的灵活性。

LEB 电路
图 7: LEB 电路

dsPIC33F"GS" 系列器件经过优化设计,适用于所有电源应用,并可提供内置LEB 特性。LEB 功能可在任何时刻被使能或禁止,用户可选择对哪些PWM 边沿进行消隐。消隐时间可由软件调节,不需要外加电路。图8 介绍了dsPIC DSC 中LEB 的操作特征。

前沿消隐
图 8: 前沿消隐(LEB)

自适应和非线性控制

数字电源控制器具备在线调节运行状态的能力。这一能力增加了许多创新的机会,并使其在与其他可选择产品的竞争中具备优势。

实现自适应控制的一个方法就是设置多个控制闭环系数。由于不同线路/负载条件下的系统性能会发生改变,因此可通过在每个运行点在线修改参数的方式获得最佳性能。

如另一个例子,一个系统规定只能在50?C 以下运行,但是,由于一些原因,周围的温度超出了这一限制。这种情况下,可通过软件写入来降低电流限定值。尽管这个操作会增加一些限制,但它可以帮助系统安全地扩展正常工作的极限。

总结

模拟控制器长期以来都是电源技术领域的主流。电源市场要求低成本和高性能的电源。最近,电源技术领域出现的更加智能化、集成化的发展趋势促进了对数字电源的需求。

Microchip 的dsPIC33F "GS" 系列数字信号控制器使所有潜在的数字电源控制成为可能。正如此白皮书中所描述的,数字电源已能够满足有时甚至超越了市场需求。dsPIC DSC 开启了电源世界中前所未有的创新局面,并处于数字革命最前沿。

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Microchip 数字AC-DC 参考设计

AC-DC 参考设计是一个完整的300W 数字电源,它展示了数字控制的优点。参考设计实现了4 个功率级,包括:

●升压PFC 转换器●带同步整流功能的相移式全桥转换器●多相同步降压转换器● 单相同步降压转换器

数字电源AC-DC 参考设计
图 9: 数字电源AC-DC 参考设计


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开关电源? dsPIC? AC-DC?

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