数字电源光具备性能优势是不够的

2008-04-21 01:31:08来源: 电子系统设计

你可以说真实世界实际上是模拟的,不过,数字技术的发展却欣欣向荣。电源与任何其它真实世界的系统没有两样,其输出是模拟的(电压、电流、功率等),与数字电视、数码相机(DSC)及数字蜂窝电话产生模拟输出(视频、图像、声音等)是一样的。那么,这些例子是否表明其在名称上有些误用?或者只是某种语义上的运用?数字电源(如果超然于一段时间以来业界用来沟通的表面意义)简单来说是指系统内某些处理元素的逐步数字化,而且业界对其外部界面(电源轨和参考电压等)仍将保持模拟形式毫无异议。

数字电源的作用:有助于电流整形和功率转换

对电压和电流有整形要求的应用(如照明镇流器和功率因子校正(PFC)等),经常有一些用数字方式比用模拟方式更好实现的性能。在进行功率转换时,数字电源能够实现数字补偿以及相位数的自动更改。

照明镇流器应用需要对电流进行整形,它要求针对不同的灯具以及预热、点亮和亮度调节等三个工作过程灵活地设定电流的强度和持续时间。PFC应用亦要求对电流进行整形,从通过墙壁插座供电的负载汲取的电流必须与线路电压同相,即基本上具备相同的波形。在数字实现方案中,通过一个ROM表可以纠正许多可预见的错误。这种控制可以通过MCU器件来实现,例如飞兆半导体的FMS7401。

由于传统数字算法本质上是顺序的,因此需要好几个时钟周期才能执行一条指令,而且这些算法的速度都比较慢,因此在要求快速响应的应用中往往无法满足要求。另一方面,相对于执行软件代码,硬连线数字功率转换实现方案一般具有更快的瞬态响应。这种功率转换的数字控制架构通过模数转换器(ADC)将输入误差信号转换成数字信号,因此比例积分微分(PID)补偿和数字脉宽调制(DPWM)均在数字域中进行。

飞兆半导体公司模拟产品部战略总监Reno Rossetti

数字方式与模拟方式的对比

如果需调节的系统是完全线性的,即它的工作模式是连续不变,抑或是平滑变化的,那么一般应采用模拟方式。台式机的CPU稳压器就是一个例子,它的输出从空载到满载都必须由相同的算法来连续控制。反之,若系统是不平滑的,则意味着工作模式存在不连续性和变化,此时数字方式可能是更好的选择。

例如,在笔记本电脑或移动电话稳压器应用中,由于在轻负载时需要节省功率,所以需要进行模式转换,在这种情况下,使用硬连线数字功率转换方案可能更好。典型的情况就是从PWM(脉宽调制)算法转向PFM(脉冲频率调制)模式。PFM是随负载变化调整频率的调制模式,可产生更低的频率,从而在轻负载时降低开关损耗。

在模拟系统中,通常在负载变化时,这种模式变化需要从一种控制回路(即PWM) 突然变换到另一种控制回路(PFM)。这种控制算法的不连续性总会带来某种程度的暂态输出失调。在这类系统中,数字控制可以防止失调的风险,并省去减轻模拟方案的不连续性影响所需的额外物料(BOM)开销。飞兆半导体的FAN5608双通道LED驱动器就是这类硬连线数字控制的实例。该产品专为超级便携应用而设计,以硅片方式实现,完全可与任何传统的同类方案相媲美。

数字控制方案优于传统突发模式之处在于:具有按输出需要调制导通脉冲持续时间的能力;例如,负载越大,导通脉冲持续时间越长,反之亦然。系统产生恒定频率的PWM脉冲串,其导通时间可在更高频率下被调制和解调。

此外,数字控制在处理不连续性运作方面具有与生俱来的优点,能够在单一的控制算法中解决模式变化问题。此外,数字控制具有实时改变诸如环路补偿等参数的能力,因此电路能适应更大的负载变化和糟糕的布版。它还能够校准系统的外部误差―尤其是外部低成本元件的容限误差。这种优势有可能提高成品率、降低测试费用和BOM成本。

与模拟方式相比,数字控制能够基于其动态地改变环路补偿等参数的能力,提供更鲁棒的方案。基于这个原因,数字控制能够承受更大的负载变化,并且对布局的要求较为宽松,它还可以校正系统中由于低成本元件容差带来的输出错误。这个优势有利于实现产能、测试成本以及物料成本的进一步优化。有人或许会问,既然数字电源有这么多优点,为什么在市场份额方面却只赚吆喝不赚市场呢?原因在于市场,很明显,与模拟控制相比,数字控制是首选的方式,但却不符合成本相当的前提。成功的数字电源产品要求采用简单的架构,从而以最少开销解决用户所面临的难题,同时还要求成本不比相应的模拟电源高。

关键字:数字电源

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/newproducts/others/200804/article_17827.html
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