可增加下一代電源功能和靈活性的數字信號IC

作為下一代數字控制電源IC，Microchip Technology的數字信號控制器(DSC)IC可以為電源提供內部數字控制。這些芯片不是首個(gè)專(zhuān)門(mén)用于數字控制的電源IC，但是其萬(wàn)片批量單價(jià)起價(jià)僅2.99美元，遠遠低于任何同類(lèi)產(chǎn)品。

這些器件配置在電源反饋回路中，因此速率非常關(guān)鍵。這是因為模數轉換器(ADC)和處理器必須對輸出進(jìn)行采樣，并且必須對任何變化做出盡可能快的反應，而Microchip Technology的數字信號控制器IC可以滿(mǎn)足所有這些要求。

我們先了解一下開(kāi)關(guān)模式電源的基本內部數字控制IC配置，如圖1所示。與模擬電源相比，數字信號控制器IC可以提供強大的故障監視功能、更好的瞬態(tài)響應能力以及成本更低的冗余選項。


另外，數字技術(shù)能夠消除電源的漂移效應，并且無(wú)需溫度補償。利用這種數字技術(shù)，可以對操作設置進(jìn)行編程，從而無(wú)需對電源進(jìn)行手動(dòng)調節。

與PMBus以及Power-One的Z-One系統配合使用時(shí)，外部數字控制還可以設置輸出電壓并監視電源性能。但是它們需要一個(gè)外部電源管理器或處理器以及相應的電源接口。相比之下，數字信號控制器IC則主要通過(guò)使用固件和傳感器(某些情況下需要)就可以執行這些任務(wù)。

數字信號控制所需的硬件平臺更少，這是因為在使用相同的內部硬件時(shí)，固件也可以控制電源性能。另外，這種控制可以動(dòng)態(tài)更改拓撲和配置，包括由降壓模式變成升壓模式、由升壓模式變成降壓模式，或者由連續模式變成非連續模式。

唯一的變化就是必須使用不同的外部功率輸出極。外部數字控制可以更改電源的操作參數，但卻無(wú)法動(dòng)態(tài)更改拓撲。

這些DSC的一大特性是其模擬比較器可以提早終止脈寬調制(PWM)信號，該特性可實(shí)現逐個(gè)周期的限流，這是電流模式電源所必需的。

另外，通過(guò)增加適當的固件和某種外部硬件，數字信號控制可以實(shí)現功率因數控制(PFC)，而模擬電源則需要多得多的硬件，并且外部數字控制無(wú)法提供這種能力。

數字信號控制打開(kāi)了各種創(chuàng )新應用的大門(mén)，使其僅僅局限于可用的功能、設計者的想像力以及可用的程序內存。例如，這種控制器可以監視電源內部各個(gè)元件的性能。

此外，類(lèi)似基本電路還可以用于不斷電電源(UPS)、功率反相器和數字照明等應用，而這種靈活度是模擬電源或者外部數字控制電源無(wú)法提供的。

經(jīng)濟可行性

為了使應用經(jīng)濟可行，DSC IC必須以低成本提供所必需的高速電源功能。除了IC的價(jià)格之外，還涉及其它與成本相關(guān)的問(wèn)題，比如了解數字控制設計原理和開(kāi)發(fā)必需的固件所耗費的時(shí)間和精力。但是一旦掌握了這些知識，所有的電源都可以采用類(lèi)似方法進(jìn)行設計。

設計工程師在設計時(shí)應該考慮兩個(gè)必要問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是DSC電源適用于什么樣的應用？答案很明顯，即ac-dc(交流-直流)轉換器和dc-dc(直流-直流)轉換器。第二個(gè)問(wèn)題是哪一種功率級別最經(jīng)濟可行，這完全取決于DSC IC的性能價(jià)格特性。

如今，這種控制器IC的成本僅占100W以上電源總體成本的極小部分，包括前端電源、高功率dc-dc(直流-直流)轉換器以及總線(xiàn)轉換器。不久的將來(lái)，隨著(zhù)成本的進(jìn)一步優(yōu)化，這種DSC IC將有望用于100W以下的電源應用中。

Microchip Technology現已擁有滿(mǎn)足速度、價(jià)格和功能等需求的DSC系列解決方案，該系列包括dsPIC30F1010、dsPIC30F-2020和dsPIC30F2023。事實(shí)上，其唯一的外部元件在功率輸出極(見(jiàn)圖2、圖3)。

這些器件能夠根據PWM周期調整模數采樣點(diǎn)?？膳渲玫目刂七€允許模擬比較器對隨機事件做出反應，以防止其影響電源性能。

片上多個(gè)PWM電路可實(shí)現這些器件的獨立工作能力，并且不會(huì )增加處理器開(kāi)銷(xiāo)。另外，多個(gè)PWM電路還允許并行使用多個(gè)不同功能，如電壓調節和PFC控制。

這些器件的模擬比較器可用于提早終止PWM脈沖，從而逐個(gè)周期地限流。多通道ADC可實(shí)現電源電壓和電流的并行采樣。

MPLAB集成開(kāi)發(fā)環(huán)境支持這些IC，可滿(mǎn)足簡(jiǎn)化固件開(kāi)發(fā)的需要。該工具包括匯編程序、編譯程序、可視器件初始化程序以及圖形用戶(hù)接口插件選項。設計者可通過(guò)評估板熟悉典型降壓轉換器中的硬件和固件。