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標(biāo)簽 > 數(shù)字電源
數(shù)字電源主要是開(kāi)關(guān)電源的外特性。一是指數(shù)字電源的“通信”功能,二是指數(shù)字電源的“數(shù)控”功能,三是指數(shù)字電源對(duì)溫度等參數(shù)監(jiān)測(cè)功能。
數(shù)字電源的關(guān)鍵是電源管理、控制信號(hào)的數(shù)字化處理,其基本要求是:在保障穩(wěn)定性的前提下,具有快速性、平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性。下面以負(fù)載點(diǎn)變換器(POL)為例說(shuō)明數(shù)字電源控制功能的實(shí)現(xiàn)原理和方法。
負(fù)載點(diǎn)變換器(POL)通常用于將直流輸入電壓(一般為5V~12V)調(diào)節(jié)成適用于負(fù)載要求的直流輸出電壓(0.7V~3.3V)。例如,在典型的基于降壓(Buck)開(kāi)關(guān)變換器的電路中,Buck變換器包含一個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)主控制芯片,一對(duì)主功率開(kāi)關(guān)和一個(gè)由儲(chǔ)能電感和電容構(gòu)成的低通濾波器。在脈沖寬度調(diào)制控制芯片中,一個(gè)電阻分壓器對(duì)電源的輸出電壓進(jìn)行采樣,誤差放大器將該輸出電壓與直流參考電壓進(jìn)行比較從而產(chǎn)生電壓誤差信號(hào),誤差信號(hào)是一個(gè)強(qiáng)度與所需的輸出電壓校正成正比的模擬信號(hào)。通過(guò)具有某種控制規(guī)律的誤差補(bǔ)償器(Compensator)進(jìn)行放大后,其輸出進(jìn)入脈寬調(diào)制器(PWM),經(jīng)過(guò)與載波(通常為鋸齒波或三角波)比較之后產(chǎn)生脈沖波,從而控制功率開(kāi)關(guān)(通常為MOSFET)的導(dǎo)通與關(guān)斷。由于MOSFET具有較大的輸入門(mén)電容,因此驅(qū)動(dòng)器電路有必要有效率地導(dǎo)通和關(guān)斷它們。另有固定電阻電容網(wǎng)絡(luò)一般會(huì)作為補(bǔ)償回路,以確保動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性之間的正常平衡。
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數(shù)字電源的關(guān)鍵是電源管理、控制信號(hào)的數(shù)字化處理,其基本要求是:在保障穩(wěn)定性的前提下,具有快速性、平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性。下面以負(fù)載點(diǎn)變換器(POL)為例說(shuō)明數(shù)字電源控制功能的實(shí)現(xiàn)原理和方法。
負(fù)載點(diǎn)變換器(POL)通常用于將直流輸入電壓(一般為5V~12V)調(diào)節(jié)成適用于負(fù)載要求的直流輸出電壓(0.7V~3.3V)。例如,在典型的基于降壓(Buck)開(kāi)關(guān)變換器的電路中,Buck變換器包含一個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)主控制芯片,一對(duì)主功率開(kāi)關(guān)和一個(gè)由儲(chǔ)能電感和電容構(gòu)成的低通濾波器。在脈沖寬度調(diào)制控制芯片中,一個(gè)電阻分壓器對(duì)電源的輸出電壓進(jìn)行采樣,誤差放大器將該輸出電壓與直流參考電壓進(jìn)行比較從而產(chǎn)生電壓誤差信號(hào),誤差信號(hào)是一個(gè)強(qiáng)度與所需的輸出電壓校正成正比的模擬信號(hào)。通過(guò)具有某種控制規(guī)律的誤差補(bǔ)償器(Compensator)進(jìn)行放大后,其輸出進(jìn)入脈寬調(diào)制器(PWM),經(jīng)過(guò)與載波(通常為鋸齒波或三角波)比較之后產(chǎn)生脈沖波,從而控制功率開(kāi)關(guān)(通常為MOSFET)的導(dǎo)通與關(guān)斷。由于MOSFET具有較大的輸入門(mén)電容,因此驅(qū)動(dòng)器電路有必要有效率地導(dǎo)通和關(guān)斷它們。另有固定電阻電容網(wǎng)絡(luò)一般會(huì)作為補(bǔ)償回路,以確保動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性之間的正常平衡。
電源的兩個(gè)其它主要部分是輸入和輸出濾波器網(wǎng)絡(luò)。這些部分由感應(yīng)器、電容和電阻構(gòu)成,可以提供數(shù)種功能。輸入濾波器有助于保護(hù)電源不受電源電壓瞬態(tài)的影響,在動(dòng)態(tài)負(fù)載變化過(guò)程中提供一些能量存儲(chǔ),并附帶濾波器網(wǎng)絡(luò)以使電源滿(mǎn)足其輸入引起的發(fā)射規(guī)范。輸出濾波器穩(wěn)定輸出電壓以確保電源滿(mǎn)足其紋波和噪聲規(guī)范,此外還存儲(chǔ)能量以幫助維護(hù)負(fù)載電路的動(dòng)態(tài)電流要求。重要的是,對(duì)于模擬或數(shù)字控制結(jié)構(gòu)而言,輸入和輸出濾波器以及電源器件將基本上保持相同。
在典型的數(shù)字電源控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,輸出電壓感應(yīng)排列類(lèi)似于模擬系統(tǒng)。但是,模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)代替了模擬系統(tǒng)的誤差放大器,從而將感應(yīng)到的模擬電壓值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。除了輸出電壓之外,了解電源的輸出電流和溫度等其它模擬參數(shù)也非常有用。雖然獨(dú)立的ADC可以感應(yīng)每個(gè)參數(shù),但是采用單個(gè)ADC并在它前面加設(shè)一個(gè)多路復(fù)用路往往是更加常用的方法。多路復(fù)用器(MUX)則將在要測(cè)量的模擬輸入之間切換,并依次將每個(gè)輸入發(fā)送至ADC.
由于MUX和ADC的采樣速率是固定的,因此ADC對(duì)每個(gè)參數(shù)都輸出一系列數(shù)字,每個(gè)數(shù)字由己知的時(shí)間段分隔。這些值供給為系統(tǒng)提供處理能力的微控制器。卡上程序內(nèi)存存儲(chǔ)著微控制器的控制算法,這些算法負(fù)責(zé)執(zhí)行一系列有關(guān)ADC的輸出值的計(jì)算。這些計(jì)算的結(jié)果包括誤差信號(hào)、想要的驅(qū)動(dòng)器級(jí)脈寬、各種驅(qū)動(dòng)器輸出的最佳延遲值以及回路補(bǔ)償?shù)葏?shù)。有了這些參數(shù),數(shù)字脈寬調(diào)制器(DPWM)就可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)后控制外接的功率MOSFET,而電源管理部分也可以通過(guò)一定的接口及協(xié)議與外界通信了。模擬系統(tǒng)的外部回路補(bǔ)償元件此時(shí)變得不再是必需的。輸出電壓、輸出電流和溫度限制等參數(shù)的參考值在生產(chǎn)期間被保存在非易失性?xún)?nèi)存中,或者可以通過(guò)PMBus輸入。在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí),數(shù)據(jù)會(huì)由EEPROM下載到數(shù)據(jù)內(nèi)存中,主芯片據(jù)此控制模塊的工作狀態(tài)。同時(shí),可以通過(guò)一定的外部操作來(lái)重新讀入EEPROM中的默認(rèn)設(shè)置。
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