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進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，開(kāi)關(guān)電源正朝著智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展。新問(wèn)世的數(shù)字電源以其優(yōu)良特性和完備的監(jiān)控功能，正引起人們的廣泛關(guān)注。數(shù)字電源提供了智能化的適應(yīng)性與靈活性，具備直接監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障診斷、故障處理等電源管理功能，能滿足復(fù)雜的電源要求。

1 數(shù)字電源的發(fā)展趨勢(shì)

1.1 什么是數(shù)字電源

目前，數(shù)字電源有多種定義。

● 定義一：通過(guò)數(shù)字接口控制的開(kāi)關(guān)電源（它強(qiáng)調(diào)的是數(shù)字電源的“通信”功能）。

● 定義二：具有數(shù)字控制功能的開(kāi)關(guān)電源（它強(qiáng)調(diào)的是數(shù)字電源的“數(shù)控”功能）。

● 定義三：具有數(shù)字監(jiān)測(cè)功能的開(kāi)關(guān)電源（它強(qiáng)調(diào)的是數(shù)字電源對(duì)溫度等參數(shù)的“監(jiān)測(cè)”功能）。

上述三種定義的共同特點(diǎn)是“模擬開(kāi)關(guān)電源→改造升級(jí)”，所強(qiáng)調(diào)的是“電源控制”，其控制對(duì)象主要是開(kāi)關(guān)電源的外特性

● 定義四：以數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）或微控制器（MCU）為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器、PWM控制器等作為控制對(duì)象，能實(shí)現(xiàn)控制、管理和監(jiān)測(cè)功能的電源產(chǎn)品。它是通過(guò)設(shè)定開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部參數(shù)來(lái)改變其外特性，并在“電源控制”的基礎(chǔ)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(tǒng)的不同組件，最大限度地降低損耗。數(shù)字電源的管理（如電源排序）必須全部采用數(shù)字技術(shù)。

● TI公司定義：數(shù)字電源IC是數(shù)字控制的電源管理IC，它能提供配置、監(jiān)視和監(jiān)控功能，并能擴(kuò)展到全回路控制。

1.2 數(shù)字電源的分類

（1）標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字電源DPS（Digital Power Supply）

（2）廣義的數(shù)字電源

①數(shù)控電源DCP （Digital Control Power Supply）；

②可編程開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器PSVR（Programmable Switching Voltage Regulator）；

③數(shù)控基準(zhǔn)電壓源DCRV（Digital Control Reference Voltage Source）；

④數(shù)控電流源DCC（Digital Control Current Source）；

⑤ 特種數(shù)控電源（如可編程充電器、可編程電焊機(jī)電源、可

編程電源適配器）。

1.3 數(shù)字電源的發(fā)展趨勢(shì)

2005年，美國(guó)德州儀器公司（TI）率先推出數(shù)字電源產(chǎn)品，并提出了“融合數(shù)字電源”（Fusion DigitalPower）的解決方案。TI公司推出了第三代Fusion Digital Power控制器UCD9240以及全新插入式模塊，編程更加靈活、，進(jìn)一步提高了電源系統(tǒng)管理的智能化程度。目前，國(guó)外著名芯片廠家飛思卡爾、愛(ài)立信、Atmel、Silicon等都在開(kāi)發(fā)數(shù)字電源IC，數(shù)字電源正進(jìn)入迅速發(fā)展的新時(shí)期。據(jù)Darnell Group公司預(yù)測(cè)，2008年數(shù)字電源控制器IC的價(jià)格將與現(xiàn)有的模擬產(chǎn)品基本持平。

目前盡管?chē)?guó)外對(duì)數(shù)字電源的發(fā)展還有些爭(zhēng)議，但它畢竟代表了一項(xiàng)新技術(shù)。這如同20世紀(jì)70年代末穩(wěn)壓電源從線性電源改為開(kāi)關(guān)電源時(shí)，曾遇到成本高、輸出噪音大等問(wèn)題，但開(kāi)關(guān)電源現(xiàn)已在許多領(lǐng)域取代了傳統(tǒng)的線性電源。隨著科技的發(fā)展和市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，從模擬電源到數(shù)字電源的轉(zhuǎn)型速度會(huì)大大加快，數(shù)字電源具有良好的發(fā)展前景。

2 數(shù)字電源與模擬電源的性能比較及適用領(lǐng)域

2.1 數(shù)字電源與模擬電源的性能比較

需要說(shuō)明兩點(diǎn)：

● 第一，傳統(tǒng)意義的數(shù)控電源，只是調(diào)節(jié)輸出電壓或控制電源的啟動(dòng)、關(guān)斷，并非真正意義的數(shù)字電源。

● 第二，數(shù)字電源和模擬電源只是習(xí)慣稱謂，并無(wú)嚴(yán)格的數(shù)字、模擬之分。因?yàn)榧词鼓M開(kāi)關(guān)電源，其PWM也包含了時(shí)鐘、門(mén)電路等數(shù)字電路；而數(shù)字電源則包含ADC、基準(zhǔn)電壓源、功率器件等模擬電路。因此，將數(shù)字電源理解成純數(shù)字化并不準(zhǔn)確。

2.2 數(shù)字電源的適用領(lǐng)域

● 數(shù)字電源適合于控制參數(shù)較多、實(shí)時(shí)響應(yīng)速度快、復(fù)雜的高性能電源系統(tǒng)，例如設(shè)計(jì)從AC線路到負(fù)載的高端電源系統(tǒng)。可廣泛用于移動(dòng)通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)及不間斷電源（UPS）等。

● 模擬電源適應(yīng)于簡(jiǎn)單易用、控制參數(shù)少、成本低的應(yīng)用場(chǎng)合。

3 數(shù)字電源的基本構(gòu)成及電路設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)字電源的基本構(gòu)成

TI公司數(shù)字電源的一種配置方案

（1）32位數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）UCD9501

內(nèi)部主要包含：

● 100MHz的32位CPU

● 時(shí)鐘振蕩器

● 3個(gè)32位定時(shí)器

● 看門(mén)狗電路

● 內(nèi)部/外部中斷控制器

● SCI總線、SPI總線、CAN總線及總線接口

● 12路PWM信號(hào)輸出

● 系統(tǒng)控制器

● 16通道12位ADC

● 16K×16 Flash，6K×16 SARAM，1K×16ROM。

● 它采用標(biāo)準(zhǔn)的3.3V輸入/輸出接口。

● 利用Power PADTM HTSSOP和QFN軟件包可進(jìn)行編程。

（2）數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器UCD7100

（3）PWM控制器UCD8220

3.2 數(shù)字電源的電路設(shè)計(jì)

過(guò)流保護(hù)及關(guān)斷功能

過(guò)流保護(hù)電路的工作原理是當(dāng)IO＞2.0A時(shí)，即可發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)IO超過(guò)設(shè)定電流時(shí)，單片機(jī)立即輸出過(guò)流關(guān)斷信號(hào)（高電平），使UC3843B的誤差電壓變?yōu)榈碗娖?，關(guān)斷UC3843B的輸出；并使MOSFET截止，強(qiáng)行關(guān)斷開(kāi)關(guān)電源的輸出，起到保護(hù)作用。一旦排除過(guò)流故障，單片機(jī)就發(fā)出低電平信號(hào)，使開(kāi)關(guān)電源自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。過(guò)流關(guān)斷閾值電流可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定。設(shè)定范圍是2.0～3.0A。

4 可編程開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的電路設(shè)計(jì)

● 可調(diào)式開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)電阻值來(lái)改變輸出電壓的，不僅調(diào)節(jié)精度低，而且使用不夠方便。

● 用數(shù)字電位器代替可調(diào)電阻，可構(gòu)成由計(jì)算機(jī)控制的可編程開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。

4.1 數(shù)字電位器的基本工作原理及數(shù)學(xué)模型

● 數(shù)字電位器（Digital Potentiometer）亦稱數(shù)控電位器

（Digitally Controlled Potentiometers，DCP），是一種頗具發(fā)展前景的新型電子器件，在許多領(lǐng)域可取代傳統(tǒng)的機(jī)械電位器，廣泛用于儀器儀表、計(jì)算機(jī)及通信設(shè)備、家用電器、工業(yè)控制、線性及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器等領(lǐng)域。

● 數(shù)字電位器的等效電路

數(shù)字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件。

審核編輯 黃昊宇