智能化數字電源系統的優(yōu)化設計

介紹了數字電源系統的主要特點(diǎn)及發(fā)展現狀，簡(jiǎn)要分析了組成系統的各類(lèi)芯片的性能特點(diǎn)及工作原理，重點(diǎn)闡述數字電源系統的電路設計。為實(shí)現數字電源系統的優(yōu)化設計提供了具體方案。
關(guān)鍵詞：數字電源；數字信號處理器；微控制器；故障管理；過(guò)電流保護；數字控制

0 引言
目前，開(kāi)關(guān)電源正朝著(zhù)智能化、數字化的方向發(fā)展。最近剛問(wèn)世的智能數字電源系統以其優(yōu)良的特性和完備的監控功能，正引起人們的關(guān)注。數字電源提供了智能化的適應性與靈活性，具備直接監控、處理并適應系統條件的能力，能滿(mǎn)足任何復雜的電源要求。此外，數字電源還可通過(guò)遠程診斷來(lái)確保系統長(cháng)期工作的可靠性，包括故障管理、過(guò)電流保護以及避免停機等。

1 數字電源系統的主要特點(diǎn)及發(fā)展現狀
1.1 數字電源系統的主要特點(diǎn)
數字電源系統具有以下特點(diǎn)。

1)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(μP或μC)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)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)高集成度，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)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)便于構成分布式數字電源系統。

1.2 數字電源系統的發(fā)展現狀
隨著(zhù)現代科技事業(yè)的發(fā)展及開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)的需求，在21世紀初國際上開(kāi)始研制數字電源系統。2005年3月，美國德州儀器公司(TI)宣布推出具有創(chuàng )新型的數字電源產(chǎn)品，不僅能顯著(zhù)提高電源系統的性能，還可大幅度延長(cháng)其使用壽命。該公司還展示了Fusjon Digital Powe解決方案，以證明數字電源系統能以極具競爭力的低成本，實(shí)現高性能指標及設計靈活性。

該解決方案包括以下3類(lèi)芯片：
1)UCD7K系列數字電源驅動(dòng)器(含UCD7100和UCD7201)；
2)UCD8K系列PWM控制器(含UCD8620和UCD8220)；
3)UCD9K系列數字信號處理器(UCD9110／9501)。

上述芯片已形成系列化產(chǎn)品，于2005年秋季正式銷(xiāo)售。該產(chǎn)品支持包括從AC線(xiàn)路到負載的電源系統，可廣泛用于電信設施、計算機服務(wù)器、數據中心電源系統及不間斷電源(UPS)等。

2 數字電源系統的基本構成
2.l 數字電源驅動(dòng)器
UCD7100／7201均屬于數字控制電源驅動(dòng)器芯片，二者的區別是UCD7100為單端輸出，UCD7201為雙端輸出，額定輸出電流均為±4A，可驅動(dòng)MosFET開(kāi)關(guān)功率管，均可適配UCD9110／9501型數字控制器。主控制器可監控其輸出電流，快速檢測過(guò)流故障并迅速關(guān)斷電源，檢測周期僅為25ns。

現以UCD7100為例，其內部框圖如圖1所示。