利用数字反馈环路自由地定制电源产品

　　电源技术的进步表明，电源转换反馈环路的数字化控制可以帮助设计师创建具有更高功率密度的精确且可靠的电源，并且成本更低，上市速度更快。这些数字电源可以在生产过程中的任何时候方便地进行定制，因为全部修改可以用软件而非硬件实现。

　　在小于100W的直流到直流电源和小于250W的交流到直流电源中模拟反馈电路仍具有很大的意义。然而在高性能、高等级的电源中，电源转换反馈环路的数字化控制越来越重要，因为它能克服有时由固定模拟技术引起的大多数限制。

　　例如，电容负载可能显著影响电源的稳定性。虽然模拟反馈系统也能处理电容负载，但负载电容的大幅变化可能超过设计的相位和增益余量。数字反馈系统的优势在于它能随时改变补偿方式，能让反馈环路实时补偿负载特性的更宽范围变化。

　　转向数字方式

　　直到最近，数字反馈系统也很少使用，因为它们非常复杂，所需DSP成本高，而且DSP外设的功能有限。然而通过培训，人们能感觉到的复杂性正在逐渐降低，而数字信号控制器（DSC）的推出也有助于减轻与成本和外设功能有关的问题。

　　DSC充分结合了MCU的外观和感觉以及DSP的运算和处理能力。CPU设计采用了通常在DSP中运用的数学函数，而外设的功能和灵活性可以追溯到嵌入式控制器。因此目前的DSC既具有DSP的数学性能，也保持着灵活性和外设的复杂对等特性。DSC极大地降低了设计复杂性，不需要消耗CPU性能就能实现设计目标。

　　事实上，在这些性能的支持下，使用DSC的设计确实要比DSP设计简单得多，因为许多DSC集成了电源专用的片上外设。这种外设包含了基于计数器的脉冲宽度调制（PWM）模块、模拟比较器和模拟到数字转换器（ADC），因此可以实现基于模拟比较器的反馈环路和ADC采样。这些功能再加上单时钟周期内的快速乘法能让DSC轻易提供电源控制环路软件所需的高执行速率。

　　DSC的功能和高功率设计的较低开关频率使得具有合适外设但性能适中的DSC也能轻松处理多个控制环路。这意味着单颗芯片不仅能提高电源的响应特性，还能同时为多个独立输出做到这一点。

　　在开始电源设计前，设计师必须作出三种基本选择：

　　1. 设计采用什么拓扑？

　　2. 采用什么工作模式？

　　3. 采用什么样的控制方法？

　　拓扑主要取决于设计的输入至输出电压比。工作模式则取决于拓扑和所要求的输出电流以及与元件相关的成本。最后，控制方法通常取决于可用的技术以及重要性稍低的器件成本。下面将详细讨论上述每种选择，并指出使用DSC将如何影响这些选择。

　　拓扑

　　如上所述，拓扑主要取决于设计的输出输出电压比。具有较高输入电压的设计通常使用降压拓扑，而较低输入电压的设计通常采用升压拓扑。然而，影响拓扑选择的另外一个因素是具有必备特性的PWM控制器，它要与所选拓扑相兼容。毕竟，如果设计师不能产生正确的开关信号，那么开关模式的电源（SMPS）就不可能实现。

　　这正是DSC的切入点。由于DSC的外设是可编程的，因此可以产生单相PWM输出、两相或三相PWM输出、半桥驱动输出甚至全H-桥驱动输出。事实上，由于DSC外设的可编程性，给定拓扑无需保持不变。

　　为了防止形成直通电流，DSC可能在桥输出之间采用死区控制电路。

　　从单相切换到两相然后再到三相、同时保持相位间的合理相移完全在DSC的能力范围之内。一些DSC甚至包含了桥输出之间的死区控制，可用来防止同步开关设计中产生直通电流。

　　工作模式

　　下一个要考虑的问题是工作模式。通常模拟设计工作在连续电感电流或非连续电感电流模式。这两种模式具有各自的独特优势。非连续电源模式设计可以保持稳定电压，即使输出电流小至零。而连续设计使用较小的磁性元件，对输出电压纹波有较严格的控制。直到最近业界还无法有效地整合这两种模式，因为它们有不同的反馈要求。

　　然而，DSC的可编程外设可以在设计工作时随时重配置。这意味着基于DSC的设计可以在不同工作模式之间切换，当输出电流足够大时切换到连续模式以获得稳定的工作，当输出电流降到足够低时再切换到非连续模式。

　　虽然模拟设计肯定可以执行相同的转换，但它要求两条反馈路径（一种模式一条），在转换时会有瞬时的毛刺。因此DSC还有一个额外优势，即只需要一条反馈路径。由于是基于软件的反馈技术，因此可以预加载反馈滤波器的存储元件，从而避免出现转换毛刺（图2）。

　　DSC具有改变操作模式的灵活性。

　控制方法

最终设计选择是在设计的控制方法方面，是使用电压模式还是电流模式控制。