實(shí)用電源設計Q & A系列之一-更具優(yōu)勢的AC-DC適配器充電器

Q1：該新型數字控制技術(shù)具體優(yōu)勢是什么？

A1：優(yōu)勢主要是看用在什么功率上。如果是在低功率上，優(yōu)勢主要是在它是用數字方式來(lái)實(shí)現初級的控制，省略了次級的恒流電路、穩壓電路，也就是說(shuō)用初級的方式能夠得到同樣的次級控制的效果。另一個(gè)方面，能夠節約成本，大家所知道的TL431，光耦，運算放大器等等。

Q2：這種數控適配器能用在通訊系統里面嗎？比如基站，容不容易引起反串干擾？

A2：1692，168?這些控制線(xiàn)是針對低功率的。對于基站來(lái)講，功率是比較大的，不推薦使用這種。

Q3：在做開(kāi)關(guān)電源開(kāi)機的時(shí)候會(huì )有“嚓”的一聲，負載電阻滿(mǎn)功率老化的時(shí)候，正常工作也會(huì )有“嗞嗞”的聲音，請問(wèn)一般是什么原因造成的，該怎樣解決？

A3：一般來(lái)講，“嚓”的一聲是由磁性器件的磁性和線(xiàn)圈發(fā)出的，也可能是由變壓器和電感產(chǎn)生的；“磁磁磁”的聲音是由變壓器發(fā)出的，尤其是在反激變壓器里，由于變壓器有儲能的緣故。解決方案有兩種，第一要讓整個(gè)系統工作很平穩，不要有大小波的出現。第二是在選用元器件時(shí)，要減小電容的損耗值。具體情況因設計而定。謝謝！

Q4：請問(wèn)數字控制技術(shù)設計指的是什么？是指PWM嗎？

A4：數字控制技術(shù)是指內部控制器采用數字的方式來(lái)做。

Q5：ACDC適配器技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，現有的PWM控制器如384X、1203、6841都能達到很好的性能，為什么iwatt還要在這個(gè)模擬領(lǐng)域介紹數字技術(shù)，該數字技術(shù)有何特殊性呢？或是能降低成本嗎？

A5：技術(shù)的發(fā)展是永無(wú)止境的，沒(méi)有任何一個(gè)產(chǎn)品或者技術(shù)是不可取代的。電源未來(lái)的發(fā)展更注重環(huán)保，環(huán)保要求用等量的材料達到更高的效率。小體積是直接的要求，當然成本也是必要的考量。在兼顧成本、性能以及可靠性的同時(shí)，傳統的PWM方案面臨挑戰，比如說(shuō)如何實(shí)現毫瓦級的損耗，再比如對于3、5W的手機充電器，電阻和成本都是非常重要的，更不要說(shuō)PCB的大小以及其他的一些因素。從傳統的通用性來(lái)說(shuō)，PWM_IC不適合未來(lái)的發(fā)展，對于不同的應用設計出優(yōu)化的系統解決方案才是長(cháng)久之計。iwatt的方案是具有針對性的系統方案，并進(jìn)而采用數字控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。比如對于不同的輸入電壓和負載，控制芯片會(huì )調整開(kāi)關(guān)頻率和狀態(tài)，以維持高效、恒流和恒壓。對于3W的手機充電器，我們提出了緣邊控制技術(shù)，無(wú)需傳統次級的控制電路，能實(shí)現比傳統的控制技術(shù)更好的效果。比如，在傳統的設計方案中，如果采樣電阻短路，電源只能工作在一個(gè)恒功率狀態(tài)，在不同輸入電壓下，功率往往不一樣；我們的方案是不管任何元器件的開(kāi)、短路皆能有效的控制輸出的電流不超過(guò)額定的電壓和電流。因為數字技術(shù)具有記憶和智能判斷的能力，與傳統的比較，這是我們的優(yōu)勢。

Q6：請問(wèn)DC適配器充電器的新型數字控制方法現在的成熟度怎么樣？到哪一個(gè)階段呢？

A6：如果把數字控制器在電源發(fā)展看作RC的單一激勵震蕩來(lái)看，iwatt技術(shù)已進(jìn)入穩定的數字發(fā)展階段。Iwatt是最早開(kāi)發(fā)數字電源控制的公司，始于2000年。目前采用我們數字控制芯片在產(chǎn)品以及全世界大批量的應用開(kāi)始于2005年?，F在越來(lái)越多的公司加入這一行業(yè)，尤其是緣邊控制方案?，F在市場(chǎng)上推出不少于五款的緣邊控制IC，當然，在DC/DC領(lǐng)域，數字控制方案可以說(shuō)非常普遍的，也是非常多的?？梢灶A見(jiàn)，數字電源的發(fā)展將會(huì )對傳統電源工業(yè)的發(fā)展具有非常重要的影響。

Q7：請談?wù)剶底旨夹g(shù)在開(kāi)關(guān)電源應用方面的現狀和未來(lái)發(fā)展，及其所具有的突出優(yōu)勢和劣勢？

A7：這個(gè)是一個(gè)通用的問(wèn)題，并不是針對我們公司的產(chǎn)品，所以我就說(shuō)一下在這個(gè)行業(yè)數字控制的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)體現在那些方面。從優(yōu)點(diǎn)來(lái)講，大概有七點(diǎn)：第一點(diǎn)是它的監測。比如說(shuō)監測電源的電壓變化、電流變化、溫度的變化，這些變化隨著(zhù)時(shí)間而改變。當電源在運行時(shí)，電壓會(huì )發(fā)生很多變化，這就是檢測的功能。在傳統的模擬電源里很容易實(shí)現；第二點(diǎn)是通訊功能。大部分電子設備都是以數字技術(shù)為基礎的，有了數字接口，通訊起來(lái)非常簡(jiǎn)單；接下來(lái)是控制的技術(shù)。電源從根本上來(lái)講就是一個(gè)開(kāi)和一個(gè)關(guān)，信號本身就一個(gè)數字的信號，所以對于數字技術(shù)來(lái)說(shuō)，需要數字來(lái)控制系統是自然的；第四點(diǎn)是配置問(wèn)題。它能動(dòng)態(tài)的檢測系統的參數，就像在系統運行的過(guò)程中，隨著(zhù)負載的變化，輸出的電流是變大還是變小，系統對穩定性或者環(huán)路的參數來(lái)講是有變化的；對數字技術(shù)來(lái)講，可以檢測到當前的系統到底運行在什么樣的狀態(tài)，輸出的功率是多少，那么當前系統的模型就是什么狀態(tài)。從控制的角度來(lái)講，可以變化參數；保護功能也很重要，保護功能也是一個(gè)數字的信號，也就是說(shuō)PT是不是過(guò)熱了，是不是過(guò)壓了，是不是應該先把它關(guān)掉，或者說(shuō)它什么時(shí)候安全了，再把它打開(kāi)；第六點(diǎn)是檢測問(wèn)題。如果系統發(fā)生了問(wèn)題，從某種角度來(lái)講，只能通過(guò)示波器或萬(wàn)用表測量，從外圍的設備來(lái)檢測到底是什么問(wèn)題。對于數字技術(shù)，很多信號都是在數字內部已經(jīng)表現出來(lái)，如果有其他設備的檢測接口，就可以直接把這個(gè)問(wèn)題說(shuō)出來(lái)。從系統的角度來(lái)講，如果一個(gè)系統有兩個(gè)電源，當電源出了問(wèn)題，可以告訴系統到底是哪個(gè)電源出了問(wèn)題，如果系統有很多電源或很多輸出，哪個(gè)電壓需要先進(jìn)行，哪個(gè)電壓需要后進(jìn)行，這是一個(gè)順序的問(wèn)題，這些問(wèn)題都可以通過(guò)數字技術(shù)實(shí)現。這些就是數字電源的優(yōu)勢。從劣勢來(lái)講，因現在市場(chǎng)上數字電源還不是很廣泛，從元器件的角度來(lái)講，像模擬的控制芯片，比如3842、3843很多廠(chǎng)商都在生產(chǎn)，但是生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品并不是一樣的，所以在通用性問(wèn)題或者成本問(wèn)題上，很多設計人員都有一些顧慮。從設計的本身來(lái)講，并不是那么廣泛和完善。有些設計人員擔心，我們設計的數字芯片是不是把以前的模擬的概念都忘記了，是不是我要學(xué)很多編程，從目前來(lái)看這也是一個(gè)比較劣勢的地方。從我們公司的角度出發(fā)，另外從iwatt的產(chǎn)品來(lái)看，我們希望提供一個(gè)低成本，并且非常容易設計，也就是說(shuō)并不需要大家去編程，并不需要大家了解到底內部數字是怎么樣去實(shí)現，設計的時(shí)候只需要像傳統的芯片一樣，以傳統芯片的眼光，從模擬的角度去看這個(gè)芯片怎么設計。在這個(gè)過(guò)程就能體會(huì )數字設計的優(yōu)點(diǎn)在哪里。

Q8：iWatt的IC是怎樣獲得動(dòng)態(tài)控制的，它與傳統的方案相比怎樣？

A8：談到動(dòng)態(tài)控制，一個(gè)很大的特點(diǎn)是原邊控制。與傳統的方案相比區別在于，傳統的方案不管是輸出電壓還是輸出電流都要通過(guò)副邊的檢測來(lái)控制原邊MOS管的開(kāi)通和關(guān)斷，所以通過(guò)端口傳到原邊的信號并不是真實(shí)的輸出電壓或者輸出電流，而是一個(gè)誤差性或是一個(gè)得到補償的誤差信號。原邊控制，可以從原邊及時(shí)的檢測到它的輸出電壓以及輸出電流。輸出電壓和輸出電流已經(jīng)及時(shí)的存在于數字單元里面，在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內，都可以及時(shí)的獲得輸出電壓到底是多少，所要控制的輸出電流在的狀態(tài)，甚至它的輸出功率是什么狀態(tài)，所以反應就能在下一個(gè)周期里體現出來(lái)。這是與傳統方案相比它可以達到的一個(gè)及時(shí)的，高性能的動(dòng)態(tài)功能。

Q9：什么是實(shí)時(shí)波形分析？

A9：談到實(shí)施波形分析，不可避免的要談到原邊控制。原邊控制跟副邊控制本質(zhì)上的區別是如果采用傳統的副邊控制來(lái)檢測副邊的輸出電壓和輸出電流，必然是已經(jīng)通過(guò)整流、濾波以后的輸出電壓，它是一個(gè)非常穩定的DC電壓，并不是交流電壓。因為電壓非常穩定，所以任何時(shí)候讀取都可以，也就是說(shuō)在開(kāi)關(guān)周期的任何一點(diǎn)去讀取這個(gè)電壓都不會(huì )相差非常大。變壓器本身是一個(gè)交流能量傳遞的器件，直流的信號沒(méi)有辦法穿過(guò)變壓器的傳遞副邊。在原邊來(lái)檢測的話(huà)，檢測到的必然是一個(gè)交流的信號，從設計的方面來(lái)看，采集的信號從變壓器的繞組來(lái)采集這樣一個(gè)反饋的信號。變壓器反饋的這個(gè)繞組的信號它反映的是輸出電壓，但是它并不等于輸出電壓，而且它是一個(gè)交流信號。那么到底在一個(gè)什么地方應該采這樣一個(gè)電壓？隨著(zhù)不同的功率變化，不同的輸出變化，到底是恒壓控制還是恒流控制，在各種狀態(tài)下，到底怎樣取得這么一個(gè)最準確的采集點(diǎn)，這就是iwatt公司最具優(yōu)勢的，也就是我們申請專(zhuān)利的一個(gè)非常好的數字技術(shù)。我們通過(guò)原邊來(lái)控制這么一個(gè)數字技術(shù)就可以達到非常精確的恒壓和恒流的控制。所謂的實(shí)時(shí)控制，就是說(shuō)在每一個(gè)周期，都對變壓器上的波形每一點(diǎn)都進(jìn)行分析，通過(guò)對交流波形的實(shí)時(shí)分析，我們要不停的尋找一個(gè)最佳的點(diǎn)去采集這個(gè)電壓。同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)的分析就知道系統工作開(kāi)通到底在多少時(shí)間，關(guān)斷到底在多少時(shí)間，還有變壓器的磁恢復到底是多少時(shí)間，這些都是每個(gè)周期動(dòng)態(tài)的實(shí)現。一個(gè)更重要的方面，因為所有的變壓器都會(huì )有非常大的噪音的，沒(méi)有那么平滑，那么利用數字技術(shù)實(shí)現了動(dòng)態(tài)的濾波，根據系統它的噪音到底應該是多大，怎樣把這些噪音濾掉，怎么樣會(huì )把原始的準確的輸出電壓、輸出電流還原出來(lái)，這就是我們所做的一個(gè)實(shí)時(shí)的波形分析。

Q10：電壓檢測端的電容對該芯片有沒(méi)有電氣影響？

A10：假設電壓檢測端的電容是一個(gè)電壓檢測點(diǎn)。有兩個(gè)部分，一是在初級的Vin的部分，一個(gè)小濾波電容。濾波電容是用來(lái)濾掉一些雜質(zhì)，電容的存在是需要的。目前的數值是470pF~nF之間。還有一個(gè)電容是在Vsense腳，電容是幾十皮法來(lái)做的，也是用來(lái)濾掉那些雜質(zhì)。

Q11：初級控制架構是否對變壓器的結構及繞制工藝有很高的要求？

A11：不會(huì )。首先，恒壓部分檢測到的電壓點(diǎn)并不會(huì )受初級漏感所影響，電路里面，芯片內部有一個(gè)緣回電路會(huì )讀取檢測到電壓后緣點(diǎn)，前面的漏感電壓將會(huì )被排斥掉。恒流時(shí)，是以工作的waste time來(lái)計算，從而計算它的CC恒流的位置。恒流的位置也受初級的檢測電阻控制，所以變壓器的電感值或漏感值并不會(huì )影響到它CB時(shí)候的精確值或者是CC電流的恒定值。

Q12：使用數字控制器對于變壓器的設計是否有什么特殊注意事項？如果系統因為瞬態(tài)外部條件變化而進(jìn)入連續工作模式，系統會(huì )出現什么情況？

A12：從數字控制器本身來(lái)講，對變壓器沒(méi)什么要求。對初級控制來(lái)講，檢測點(diǎn)是當變壓器復位之后去檢測這，從理論上講，對變壓器的整個(gè)要求不是很高。第二，這個(gè)理論的成立是在非連續狀態(tài)下工作，也就是說(shuō)，出現任何一種情況，它都不會(huì )進(jìn)入連續模式，如果進(jìn)入連續模式就是不正常的，系統會(huì )進(jìn)入保護狀態(tài)而關(guān)閉。

Q13：數字處理要消耗一定的時(shí)間,會(huì )對性能造成影響嗎?如何解決?

A13：數字處理確實(shí)要消耗一定的時(shí)間，但是這個(gè)時(shí)間并不是一個(gè)絕對的時(shí)間。我們知道數字處理最重要的是它是一個(gè)時(shí)鐘，那么它時(shí)鐘是多少？因為我們數字處理的時(shí)間并不是說(shuō)我做一個(gè)計算，做一個(gè)加法、做一個(gè)除法，它到底是一個(gè)微妙、一個(gè)納秒，我們并不是絕對的講這個(gè)時(shí)間，我們所講的是它需要幾個(gè)數字時(shí)鐘。在設計芯片的時(shí)候，數字時(shí)鐘它所設計的速度是允許我們在最快的工作頻率下完成所有的計算，在每一個(gè)周期里面都能完成的信息處理，然后控制下一個(gè)周期的工作。

Q14：芯片是怎樣進(jìn)行輸出電流檢測的？

A14：輸出電流檢測并不在輸出檢測或者副邊檢測，而是在初級部分的原邊檢測。是由晶片根據它所看到的初級Bias-Winding的電壓波形做分析，然后記下時(shí)間，得出適當的P導鏈的通導時(shí)間，從而控制能量的要求。