數字電源技術(shù)及應用

近年來(lái)，數字控制技術(shù)在電源中得到迅速的發(fā)展，各種在模擬電路中難以實(shí)現的現代控制方法開(kāi)始應用于電源的控制中。隨著(zhù)數字信號處理器DSP的發(fā)展，使數字式的開(kāi)關(guān)電源能達到較高的開(kāi)關(guān)頻率。相對模擬系統而言，數字系統在開(kāi)關(guān)電源中具有設計周期短、靈活多變、易實(shí)現模塊化管理、能夠消除由離散元件引起的不穩定和電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。因此，數字電源在高精度電源中的應用越來(lái)越廣泛，成為現代電源技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

一、數字電源的定義和特點(diǎn)

(一)數字電源的定義

目前，數字電源有多種定義。

定義一：通過(guò)數字接口控制的開(kāi)關(guān)電源(它強調的是數字電源的“通信”功能)。

定義二：具有數字控制功能的開(kāi)關(guān)電源(它強調的是數字電源的“數控”功能)。

定義三：具有數字監測功能的開(kāi)關(guān)電源(它強調的是數字電源對溫度等參數的“監測”功能)。

上述三種定義的共同特點(diǎn)是“模擬開(kāi)關(guān)電源的改造升級”，所強調的是“電源控制”，其控制對象主要是開(kāi)關(guān)電源的外特性。

定義四：以數字信號處理器(DSP)或微控制器(MCU)為核心，將數字電源驅動(dòng)器、PWM控制器等作為控制對象，能實(shí)現控制、管理和監測功能的電源產(chǎn)品。它是通過(guò)設定開(kāi)關(guān)電源的內部參數來(lái)改變其外在特性，并在“電源控制”的基礎上增加了“電源管理”。所謂電源管理是指將電源有效地分配給系統的不同組件，最大限度地降低損耗。數字電源的管理(如電源排序)必須全部采用數字技術(shù)。

與傳統的模擬電源相比，數字電源的主要區別是控制與通信部分。在簡(jiǎn)單易用、參數變更要求不多的應用場(chǎng)合，模擬電源產(chǎn)品更具優(yōu)勢，因為其應用的針對性可以通過(guò)硬件固化來(lái)實(shí)現，而在可控因素較多、實(shí)時(shí)反應速度更快、需要多個(gè)模擬系統電源管理的、復雜的高性能系統應用中，數字電源則具有優(yōu)勢。

此外，在復雜的多系統業(yè)務(wù)中，相對模擬電源，數字電源是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現多方面的應用，其具備的可擴展性與重復使用性使用戶(hù)可以方便更改工作參數，優(yōu)化電源系統。通過(guò)實(shí)時(shí)過(guò)電流保護與管理，它還可以減少外圍器件的數量。

數字電源有用DSP控制的，還有用MCU控制的。相對來(lái)講，DSP控制的電源采用數字濾波方式，較MCU控制的電源更能滿(mǎn)足復雜的電源需求，而且實(shí)時(shí)反應速度更快、電源穩壓性能更好。

(二)數字電源的特點(diǎn)

1.控制智能化

它是以數字信號處理器(DSP)或微控制器(MCU)為核心，將數字電源驅動(dòng)器及PWM控制器作為控制對象而構成的智能化開(kāi)關(guān)電源系統。傳統的由微控制器控制的開(kāi)關(guān)電源，一般只是控制電源的啟動(dòng)和關(guān)斷，并非真正意義的數字電源。

2.數模組件組合優(yōu)化

采用“整合數字電源”(Fusion Digital Power)技術(shù)，實(shí)現了開(kāi)關(guān)電源中模擬組件與數字組件的優(yōu)化組合。例如，功率級所用的模擬組件MOSFET驅動(dòng)器，可以很方便地與數字電源控制器相連并實(shí)現各種保護及偏置電源管理，而PWM控制器也屬于數控模擬芯片。

3.集成度高

實(shí)現了電源系統單片集成化(Power System on Chip)，將大量的分立式元器件整合到一個(gè)芯片或一組芯片中。

4.控制精度高

能充分發(fā)揮數字信號處理器及微控制器的優(yōu)勢，使所設計的數字電源達到高技術(shù)指標。例如，其脈寬調制(PWM)分辨力可達150ps(10~12s)的水平，這是傳統開(kāi)關(guān)電源所望塵莫及的。數字電源還能實(shí)現多相位控制、非線(xiàn)性控制、負載均流以及故障預測等功能，為研制綠色節能型開(kāi)關(guān)電源提供了便利條件。

5.模塊化程度高

數字電源模塊化程度高，各模塊之間可以方便地實(shí)現有機融合，便于構成分布式數字電源系統，提高電源系統的可靠性。