数字控制在电源应用中的特性、价值和优势

于任何电源设计人员，两个最重要的考量方面就是总成本和系统性能。与模拟电源相比，数字电源的成本优势在之前的章节中已经进行了分析，我们现在将针数字电源具有更高效率这一优点进行探讨。

　　任何电源设计都是按照其可能的最大效率来实现的。近年来，随着半导体技术的发展及新拓扑结构的出现，电源效率达到了更高的水平。之前已经提到，在某些运行条件下（半载或者较高的线电压情况时），效率的确或多或少实现了最大化。

　　数字电源增强了系统的通用性，可对多个运行点的效率进行优化。

　　对于PFC升压转换器，轻载时可通过降低转换器开关频率来减小开关损耗。由于是轻载，磁场仍可以应对较低的开关频率。如果实现的是一个交错式PFC 转换器，轻载时可以通过关断其中一相来进一步减小功耗。

　　类似地，对于一个相移式全桥变换器，可以在轻载时关断同步MOSFET,而使用内部集成续流二极管，这样可消除额外的开关损耗。

　　另一个实例是降压转换器应用。对于高电流输出的场合，同步降压转换器通常是首选。但是，使用同步MOSFET会在轻载时引起环流，这反过来会引起更高的损耗。因此，当转换器运行在不连续电流模式时，降压转换器的同步/ 续流MOSFET 就会被禁止。

　　上述介绍的技术可通过选择先进的拓扑结构（如谐振和准谐振转换器）来提高效率。数字控制完全支持这些先进的拓扑结构，包括相移全桥和LLC 谐振转换器，从而获得高效率和高功率密度。总之，数字控制提供很多选择，可在整个运行范围内对电源效率进行优化。

　　电源管理

　　在电源管理领域中，与模拟电源相比，数字电源提供了前所未有的优势。在一个典型模拟电源中，通常使用图5 中所述的后台单片机来完成其电源管理。

图 5: 不同电源类型在电源管理方面的差异

　　这个后台单片机将本地系统参数发送到主控制器或者数据记录器中。但这个单片机如何获取数据呢？必须用检测电路收集所需数据，并将其进行发送。在某些情况下，远程系统也可能对本地电源转换器发出指令。这个配置要求增加后台单片机和功率转换电路之间的硬件接口，从而增加了系统的成本。

　　相反地，数字电源不需要额外电路，因为所有系统参数已经由DSC 测量出来。这些参数存储在DSC 的存储器中，并且通过片上通信外设发送到远程系统，例如SPI、I2C?、UART或者CAN.任何对该系统操作的修改都无需额外的外部硬件而可由简单的软件来完成。

　　数字电源消除了冗余电路从而减少了系统总成本。例如，对于一个两级AC-DC 电源，第一级将对其闭环控制运行的输出电压进行测量。由于这一输出电压也是第二级的输入，因此该数据也被第二级用作前馈控制或者输入过压/ 欠压保护。

　　单独一个DSC消除了相同参数的重复测量，并可从内部提供不同控制或保护特性的所有选项。DSC也有助于系统对故障状态作出比分立模拟控制器更快速、更高效的反应。例如，在一个两级AC-DC 模拟电源中，如果故障出现在下级转换器中，除非这个故障状况已经被传送给PFC 控制器，否则前端PFC 升压转换器将无法识别这个故障。而数字控制器能检测到整个系统的故障状态，无论故障发生在何处，几乎都能在瞬间作出反应。

　　软启动以及模拟和数字电源的时序

　　当电源刚启动时，各种存储元件，如电容和电感，都处于零储能状态。在这样的状况下，电源突然升压会引起系统很大的浪涌电压和浪涌电流。因此，电源的所有阶段都必须使用软启动来确保系统元件避免受到不必要的压力。

　　许多（并非全部）模拟控制器都带有内置软启动功能。

　　模拟控制器在选择软启动持续时间时都只提供有限的灵活性，且需额外电路来实现启动延时。

　　在多级电源中，由于一些输出取决于其他输出，因此有必要通过预定义方式对输出顺序进行控制。这可由单独的时序芯片完成，或者使用后台单片机以及辅助电路来实现。

　　由于所有时序控制和软启动子程序都可作为电源控制软件的一部分来完成，因此数字电源不需要外加硬件。电源的每一级都可实现一个软启动子程序，每个都具有不同的持续时间和延时。典型的软启动子程序如例1 中的C 代码片段所示。

　　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 初始化之后就立刻调用软启动子程序。首先调用启