數(shù)字電源控制器與芯片應(yīng)用研究

1、數(shù)字電源基本特征

數(shù)字電源一直是系統(tǒng)架構(gòu)師與電源設(shè)計(jì)者的熱門(mén)話題。由于電源管理業(yè)在不斷發(fā)展，而數(shù)字電源正是發(fā)展的重要一環(huán)。那么，什么是真正的數(shù)字電源，它又能帶來(lái)什么直接的好處呢?目前公認(rèn)的數(shù)字電源定義是：提供監(jiān)控與配置功能，使用數(shù)字算法擴(kuò)展至全環(huán)路控制的數(shù)字控制電源產(chǎn)品。因此，數(shù)字電源必須執(zhí)行的電源管理功能可以保留在模擬區(qū)域，也可以轉(zhuǎn)移至數(shù)字區(qū)域。數(shù)字電源可以完成對(duì)PWM控制環(huán)路的數(shù)字控制和數(shù)字電源管理與通信任務(wù)。系統(tǒng)可以使用一種或兩種形式的數(shù)字電源。數(shù)字電源組成包括好幾個(gè)部分，典型的產(chǎn)品由數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器，數(shù)字電源PWM控制器和高分辨率數(shù)字控制器三部分組成．該電源管理產(chǎn)品專門(mén)支持從AC線到負(fù)載點(diǎn)，包括不間斷電源(UPS)、服務(wù)器、電信、數(shù)據(jù)中心及VRM應(yīng)用的隔離與非隔離式解決方案。圖1所示為數(shù)字電源是由基本模塊構(gòu)成的。

圖1中某些模塊執(zhí)行模擬功能，如驅(qū)動(dòng)器模塊，而另一些模塊如DSP等則執(zhí)行數(shù)字功能。數(shù)字電源可以完成對(duì)PWM控制環(huán)路的數(shù)字控制和數(shù)字電源管理與通信任務(wù)。系統(tǒng)可以使用一種或兩種形式的數(shù)字電源。那么，數(shù)字電源它又能帶來(lái)什么直接的好處呢?

1.1、數(shù)字電源組成主要優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)字化閉環(huán)是數(shù)字電源迄今最復(fù)雜的部分。腦中躍出的第一個(gè)問(wèn)題是：為什么要用數(shù)字控制，使用模擬控制環(huán)路的SMPS(開(kāi)關(guān)模式電源系統(tǒng))不是挺好嗎?模擬控制環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確、工程師對(duì)自己設(shè)計(jì)的理解，以及有極多模擬控制IC的支持。然而，模擬控制環(huán)路是面向一個(gè)定義范圍狹窄的特定負(fù)載。如果負(fù)載變化范圍寬，則很難在負(fù)載的整個(gè)變化范圍內(nèi)調(diào)整模擬環(huán)路。

如果使用一個(gè)真正的數(shù)字控制器，則設(shè)計(jì)者可以將數(shù)值放在寄存器內(nèi)，對(duì)控制器的各個(gè)方面作配置，而無(wú)需改變外部的硬件。設(shè)計(jì)者只需要工作在PC的GUI(圖形用戶界面-從圖2(b)所示可見(jiàn))上，就可以更快地優(yōu)化和調(diào)試系統(tǒng)，而不必將各種電阻電容在板上焊上焊下?？梢匀サ裟承┰蚴褂幂^廉價(jià)的無(wú)源元件，從而補(bǔ)償處理器的成本．產(chǎn)生電源精度的本身是模擬功能。然而，當(dāng)你擁有了這種數(shù)字能力時(shí)，就不用制造有絕對(duì)精度的部件，而可以制造精度較差的部件，然后用數(shù)字控制來(lái)校準(zhǔn)這些誤差。這與信號(hào)調(diào)節(jié)發(fā)生的情況類似。但數(shù)字控制環(huán)路需要一個(gè)速度相對(duì)較快而功能強(qiáng)大的處理器，這在錙銹必較的電源子系統(tǒng)中是一個(gè)缺陷。

然而數(shù)字電源的作用并不只是數(shù)字式地閉鎖控制環(huán)路。它還包括管理與通信功能，這在數(shù)據(jù)通信和電信系統(tǒng)中正變得日益重要。這些系統(tǒng)依賴于能應(yīng)付多種電壓線路的電源處理器，這些電壓線路必須以設(shè)定的順序完成上電和斷電。

概括數(shù)字電源的主要優(yōu)點(diǎn)：更大的靈活性，能加快設(shè)計(jì)產(chǎn)品的上市進(jìn)程；提高供電性能；使系統(tǒng)溝通成為可能，如遠(yuǎn)程偵測(cè)等；器件數(shù)量減少，因而系統(tǒng)成本低廉。之所以采用而數(shù)字電源解決方案，是因該解決方案具有如下優(yōu)點(diǎn)，即可編程序，使用簡(jiǎn)便，精確度高，集成化強(qiáng)，通用開(kāi)發(fā)平臺(tái)及支持電流及未來(lái)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1.2、關(guān)于數(shù)字電源的軟件支持?jǐn)?shù)字電源控制需要軟件支持，如UCD95K和UCD91K的數(shù)字電源控制器由CodeComposeStudio公司的IDE軟件支持，它是一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，可提供主要的開(kāi)發(fā)工具以減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和工作量。其PMBus(電源管理總線)工具也成為數(shù)字電源客戶支持的一部分。因?yàn)樾碌腜MBus通信執(zhí)協(xié)議已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功用于系統(tǒng)與電源子系統(tǒng)之間的主板和支架(board-and-shelf)通信。另外，參照設(shè)計(jì)是由圖形用戶界面(GUI)和源代碼實(shí)例支持，以加數(shù)字電源的設(shè)計(jì)和評(píng)估。

1.3、值此以UCD9111，UCD9112為例對(duì)數(shù)字脈寬調(diào)制控制器基本架構(gòu)作介紹