數(shù)字控制在電源應(yīng)用中的特性和優(yōu)勢

　　在電源管理領(lǐng)域中，與模擬電源相比，數(shù)字電源提供了前所未有的優(yōu)勢。在一個(gè)典型模擬電源中，通常使用圖5 中所述的后臺單片機(jī)來完成其電源管理。

圖 5: 不同電源類型在電源管理方面的差異

　　這個(gè)后臺單片機(jī)將本地系統(tǒng)參數(shù)發(fā)送到主控制器或者數(shù)據(jù)記錄器中。但這個(gè)單片機(jī)如何獲取數(shù)據(jù)呢？必須用檢測電路收集所需數(shù)據(jù)，并將其進(jìn)行發(fā)送。在某些情況下，遠(yuǎn)程系統(tǒng)也可能對本地電源轉(zhuǎn)換器發(fā)出指令。這個(gè)配置要求增加后臺單片機(jī)和功率轉(zhuǎn)換電路之間的硬件接口，從而增加了系統(tǒng)的成本。

　　相反地，數(shù)字電源不需要額外電路，因?yàn)樗邢到y(tǒng)參數(shù)已經(jīng)由DSC 測量出來。這些參數(shù)存儲在DSC 的存儲器中，并且通過片上通信外設(shè)發(fā)送到遠(yuǎn)程系統(tǒng)，例如SPI、I2C?、UART或者CAN.任何對該系統(tǒng)操作的修改都無需額外的外部硬件而可由簡單的軟件來完成。

　　數(shù)字電源消除了冗余電路從而減少了系統(tǒng)總成本。例如，對于一個(gè)兩級AC-DC 電源，第一級將對其閉環(huán)控制運(yùn)行的輸出電壓進(jìn)行測量。由于這一輸出電壓也是第二級的輸入，因此該數(shù)據(jù)也被第二級用作前饋控制或者輸入過壓/ 欠壓保護(hù)。

　　單獨(dú)一個(gè)DSC消除了相同參數(shù)的重復(fù)測量，并可從內(nèi)部提供不同控制或保護(hù)特性的所有選項(xiàng)。DSC也有助于系統(tǒng)對故障狀態(tài)作出比分立模擬控制器更快速、更高效的反應(yīng)。例如，在一個(gè)兩級AC-DC 模擬電源中，如果故障出現(xiàn)在下級轉(zhuǎn)換器中，除非這個(gè)故障狀況已經(jīng)被傳送給PFC 控制器，否則前端PFC 升壓轉(zhuǎn)換器將無法識別這個(gè)故障。而數(shù)字控制器能檢測到整個(gè)系統(tǒng)的故障狀態(tài)，無論故障發(fā)生在何處，幾乎都能在瞬間作出反應(yīng)。

　　軟啟動(dòng)以及模擬和數(shù)字電源的時(shí)序

　　當(dāng)電源剛啟動(dòng)時(shí)，各種存儲元件，如電容和電感，都處于零儲能狀態(tài)。在這樣的狀況下，電源突然升壓會引起系統(tǒng)很大的浪涌電壓和浪涌電流。因此，電源的所有階段都必須使用軟啟動(dòng)來確保系統(tǒng)元件避免受到不必要的壓力。

　　許多（并非全部）模擬控制器都帶有內(nèi)置軟啟動(dòng)功能。

　　模擬控制器在選擇軟啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間時(shí)都只提供有限的靈活性，且需額外電路來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)延時(shí)。

　　在多級電源中，由于一些輸出取決于其他輸出，因此有必要通過預(yù)定義方式對輸出順序進(jìn)行控制。這可由單獨(dú)的時(shí)序芯片完成，或者使用后臺單片機(jī)以及輔助電路來實(shí)現(xiàn)。

　　由于所有時(shí)序控制和軟啟動(dòng)子程序都可作為電源控制軟件的一部分來完成，因此數(shù)字電源不需要外加硬件。電源的每一級都可實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟啟動(dòng)子程序，每個(gè)都具有不同的持續(xù)時(shí)間和延時(shí)。典型的軟啟動(dòng)子程序如例1 中的C 代碼片段所示。

　　void PFCSoftStartRoutine（）

　　{

　　Delay_ms（STARTUP_DELAY）

　　pfcVoltagePID.controlReference = pfcInitialOutputVoltage;

　　while （pfcVoltagePID.controlReference = PFCVOLTAGE_REFERENCE）

　　{

　　Delay_ms（SOFTSTART_INCREMENT_DELAY）；

　　pfcVoltagePID.controlReference += PFC_SOFTSTART_INCREMENT;

　　}

　　pfcVoltagePID.controlReference = PFCVOLTAGE_REFERENCE;

　　}

　　在例1 中，dsPIC DSC 初始化之后就立刻調(diào)用軟啟動(dòng)子程序。首先調(diào)用啟動(dòng)延時(shí)，隨后輸出電壓參考將被設(shè)定為實(shí)際測量的輸出電壓。參考值一直以固定速率上升，直到其達(dá)到期望值為止。此時(shí)，軟啟動(dòng)結(jié)束，系統(tǒng)正常運(yùn)行開始。數(shù)字控制器可靈活使用軟啟動(dòng)子程序。相同的子程序在不同時(shí)間階段可通過不同參數(shù)進(jìn)行調(diào)用。例如，如果系統(tǒng)要在故障發(fā)生后重啟，啟動(dòng)延時(shí)和軟啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間可修改為不同的值。

　　時(shí)序控制可在不外加任何電路的情況下，通過一些靈活的配置加以實(shí)現(xiàn)。圖6 中顯示了一些時(shí)序機(jī)制原理圖。

　　如果一個(gè)轉(zhuǎn)換器取決于另一級的輸出，則軟件可設(shè)置標(biāo)志來指示轉(zhuǎn)換器何時(shí)完全啟動(dòng)，電壓已經(jīng)為下一級的上升作好準(zhǔn)備。

　如圖6 所示，數(shù)字電源能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求以多種方式輕松實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制。數(shù)字電源在選擇軟啟動(dòng)和時(shí)序控制方案上具有很大的靈活性，不需要增加專用芯片或者復(fù)雜的電路。

圖 6: 時(shí)序控制機(jī)制

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