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数字电源带来的设计变革

Chris Young?? Intersil Zilker Labs?? 2013年04月22日 ?? 收藏0

4.故障响应:数字电源控制器提供了大量故障响应的选项。每种故障都有唯一的响应特性,可根据用户的需求进行调整。模拟控制器一般只有一个固定的故障响应(如断电/断续/过载),用户也只能选择用或者不用。数字控制还能提供滤波器功能,降低虚假故障的可能。

5.效率:许多控制结果都会影响到效率,包括死区时间、开关频率、栅极驱动等级、二极管仿真、加相和缺相等。针对这些因素,当前数字控制所提供的数字控制算法在整个工作条件范围内进行了优化。因此,在某个工作点下,你也许能将模拟控制器调整到很高的效率,但数字控制器却可对所有的工作点进行优化。

6.可靠性:减少元件数量、降低工作温度(通过效率优化)是数字电源提高系统可靠性的两个途径。此外,灵活的故障响应和探测元器件参数微小变化的能力,可以大幅减少停机时间。

实际情况是,对大多数简单的设计和基本要求来说,数字控制可能有点大材小用。当然,数字电源控制的灵活程度足以应付这些简单的应用,其功能可能超出实际所需。另一方面,最复杂的设计需要完整的特性集,很难找到不增加很多电路就能胜任此项任务的模拟控制器。此时,数字控制器显然是备受欢迎的解决办法。

数字电源控制器适用于各种各样的应用,无需借助附加电路。从这个意义上说,这项技术的灵活性要远优于传统的模拟技术。

数字电源控制一般比模拟控制器具有更高的集成度。但是,集成度还不足以满足设计重用和灵活性的要求。元件数值也需要灵活可变。设想一下,一个典型模拟补偿器的补偿元件(电阻和电容器)被集成到控制器中,电阻和电容器的值是固定的。把这些元件集成进来,实际上降低了控制器的灵活性,除非采取某种办法,能够调节元件的数值,适应应用的要求。例如在数字控制器里,补偿器被集成到控制器中,补偿参数存放在控制器存储器中的数字寄存器当中。若要改变补偿参数,只需简单地改变寄存器里的数值。

数字电源控制器在易用性方面比模拟控制器更有优势。首先,由于数字电源控制的高集成度,需要确定、采购、跟踪的元器件数量要少很多,这使得数字电源控制器非常容易使用。其次,集成元件的数值由数字寄存器定义,寄存器里的数值可以很容易地通过器件的引脚或数字通信接口和图形用户界面进行修改。在后面的例子还将说明,对设计进行配置只是点击鼠标这样简单的事情。这要比模拟方案要容易得多,因为模拟方案还需要用电烙铁和成箱的元器件。当你重新设计和优化的时候,每改变一次元器件的数值,都会增加设计风险。

最后,数字控制器更容易使用,因为你可以用几个数字就把设计搞定,而且用数字方式进行设计也更容易。下面的几个例子可用来说明这一点。

模拟电阻和电容器只有正的数值。把这些功能/数值用数字方式集成进来,就消除了这个限制,这样就更容易采用原先在模拟域很难采用的方案。

补偿是一个非常好的例子。数字补偿的功能要远远多于模拟补偿,例如高Q值电路的电压模式控制很容易用数字控制器实现,但几乎不可能用模拟控制器来实现。

优化算法以提高性能。模拟设计倾向于点方案,但负载、电压源、环境条件很少是固定的。因此,可以采用优化算法,对在这些变化条件下的性能进行优化。这些算法很容易在数字控制里,用嵌入式微控制器和非挥发性存储器来实施。

数字控制器中的自发现算法把设计者从费时的系统标识中解放出来。比如,自动补偿是今年发布的很多数字控制器上的新功能之一。控制器会确定受控装置的特性,并采用适合那个特定装置的的配置。

由于元器件的数值、运行状态、环境条件被存储在数字寄存器里,因此可进行遥测,并且也容易使用该功能。系统能够很快诊断出故障,用很短的指令改变运行参数,使系统启动并运行。

借用一句中国的谚语:“不改弦更张,便会重蹈覆辙”。如果我们找不出应对功率转换挑战的办法,前景恐怕不妙。数字电源的出现恰逢其时,为我们提供了急需的金刚钻。现在,让我们改变吧!

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