不再夸張的數字電源

要點(diǎn)

•數字電源可以降低成本，簡(jiǎn)化你的設計，并提高精度。

•數字電源非常適用于輸出余量設定及逐周期回路補償。

•很多系統工程師并不想要或需要非線(xiàn)性控制或自適應補償。

•數字電源能提高效率的聲稱(chēng)通常無(wú)法證實(shí)。

•數字電源確有獨特的性能，但也存在折衷。

最近，營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)一直在大肆吹噓已在學(xué)術(shù)界徘徊了幾十年的數字電源，他們沒(méi)有惡意，只是熱情過(guò)度(圖1)?，F在，其中的一些夸張之詞已經(jīng)消逝，是時(shí)候討論一下數字電源適合什么，其工作原理，缺點(diǎn)，以及它的折衷(參考文獻1)。不過(guò)，盡管它有缺點(diǎn)，各家公司仍然開(kāi)發(fā)和部署了一些器件，它們在不涉及折衷的情況下，充分利用了數字控制回路的好處。

圖1，數字電源最終達到了平穩量產(chǎn)的階段(Gartner集團提供)。

芯片公司對數字電源的定義是五花八門(mén)。有些公司認為，數字電源包含了圍繞一個(gè)模擬PWM(脈沖寬度調制)回路的數字功能與通信鏈接。其它公司稱(chēng)，數字電源是一種內置數字PWM芯片的狀態(tài)機。還有一些公司表示，數字電源包括了一個(gè)通用DSP，DSP運行著(zhù)一個(gè)閉合控制回路的算法。而過(guò)去

十年來(lái)學(xué)術(shù)意義上的真正數字電源，則擁有一個(gè)數字PWM回路，并帶有一個(gè)狀態(tài)機或一只DSP。一只模擬PWM器件上加上一個(gè)串行總線(xiàn)并不能成為數字電源。不過(guò)，數字電源可以免除或消除對某些元件的要求，從而可以降低成本。

你可以為一只DSP加一個(gè)FET驅動(dòng)芯片和一些代碼，以控制渦輪風(fēng)機的扇葉角度和變頻器，基本上這就是簡(jiǎn)單的數字電源了。例如，德州儀器公司十多年前就開(kāi)始為其DSP提供電源庫。該公司現在生產(chǎn)多個(gè)系列基于DSP的電源芯片(圖2)。CamSemi公司嘗試減少器件數，提供5W C2161PX2 ac/dc控制器，它采用反饋變壓器上的一個(gè)檢測繞組，而不是昂貴的光耦(參考文獻2與圖3)。數字電源不用二極管來(lái)檢測反饋波形，當檢測繞組的反饋信號為負值，以及不表示次級的輸出電壓時(shí)，就消除這個(gè)信號。至于降低成本，Exar公司制造了16A的XRP7740數字電源芯片，可為機頂盒或數據服務(wù)器提供多個(gè)電源軌(圖4)。Exar公司擁有芯片方面的很多專(zhuān)利，包括將一小塊片芯區域用于一個(gè)實(shí)用的控制回路(參考文獻3)。這樣，Exar公司的芯片定價(jià)就能與模擬芯片競爭。

圖2，你可以編譯德州儀器公司任何DSP的數字電源庫，或用一只該公司專(zhuān)用芯片，做出數字電源系統。TI還制造采用狀態(tài)機的數字電源芯片。

圖3，CamSemi公司提供5W的開(kāi)關(guān)電源控制芯片，它有一個(gè)替代線(xiàn)性電源的雙極晶體管。開(kāi)關(guān)設計有更高的效率，使用銅線(xiàn)也較少，因此降低了成本。

圖4，Exar公司的XRP7740可在四個(gè)通道上提供16A輸出電流。聰明的IC設計使得芯片很小，因此該公司提供的芯片價(jià)格能與模擬方案相競爭。

數字電源還可以完成逐周期的回路補償。例如，Intersil公司的數字電源管理集團Zilker Labs最近就推出了ZL6105，它采用了一個(gè)狀態(tài)機來(lái)完成逐周期的自動(dòng)補償工作(圖5)。另一個(gè)例子是，新興的Powervation公司用一個(gè)數字電源ASIC，完成電源的逐周期補償(圖6)。這種實(shí)時(shí)的回路補償是數字芯片較其模擬對手的主要優(yōu)勢。這些數字電源控制器可以跟蹤由于老化和干涸所造成的電解電容降級問(wèn)題。如果你將部件設計成一塊電源磚，則數字控制器可以檢測磚的輸入輸出電容，并在每個(gè)周期作補償。其它數字電源芯片可以做一次性的自補償周期，幫助創(chuàng )建數字補償濾波器的因數。