数字电源正在超越模拟电源

hevenin)等效电路来确定，这里的电压源，如衍生的降压拓扑，是用输入电压乘PWM的占空比。在无损转换器中，戴维南阻抗应该为零，输出可以简单地用输入电压乘占空比。但是，在有损转换器中，戴维南阻抗的电阻元件均不为零，必须增加占空比来克服这种损耗，以维持所需的输出电压。也就是说，在有损耗的情况下，占空比大于无损的情况。事实上，损耗越高，占空比也越高。因此，占空比测量可以被用来确定转换器中的相对损耗。如图10所示，图中来自实际降压转换器的占空比(5Vin，0.6Vout)是随负载电流的变化作为损耗的函数测得的。

因此，由于占空比可以作为测量相对损耗的方法使用，可以在数字实现过程中改变参数，并对占空比的影响情况进行监测。如果占空比增加，则可以在相反的方向调整参数，可以减少占空比(和相对损耗)。

死区时间是高侧FET关断和低侧FET导通之间的时间，反之亦然。如果死区时间过长，体二极管导通代表可能会出现损耗。如果死区时间太短，那么就可能发生交叉导通，也引入了损耗，如图11所示。

在大多数设计中，最佳死区时间不是固定值。图12显示了几种情况下低侧栅极信号和开关节点的波形。上图为60纳秒时的固定死区时间。左上图是电流为1安培的情况，右上图是20安培负载电流的情况。请注意，也就是说，波形之间的相对差额在中电压范围。还要注意，在20安培情况下，开关节点电压中有一些下冲，这表明死区时间过长(导致体二极管导通)。

下图有12纳秒的固定死区时间。请注意，在这种情况下，在电流函数痕迹之间差别不大。因此，理想的死区时间可能无法由一定的电压波形来确定。理想的死区时间很可能是负载电流的一个函数。请注意，开关节点电压过冲说明有交叉导通，即这种情况说明死区时间太短。

显示了分别使用60纳秒和28纳秒最佳死区时间设置的1安培和20安培的波形。请注意，开关节点的下冲或过冲较少。

因为我们知道，相对损耗可以通过占空比测得，数字控制可以改变死区时间，同时观察占空比，从而优化了转换器的效率。该算法可优化随负载变化，以及温度变化，及器件老化的效率，得到最佳效率。

显示了使用模拟控制器(下曲线)和使用相同功率传送元件(FET、电感和电容)的Intersil的数字控制器(上曲线)的比较。在本例中，数字方式可以提供5％的效率增益，这代表可以减少超过25％的损耗。

提高效率的另一个区域是当平均电流小于纹波电流一半时，对低侧FET导通时间进行计时。在同步整流中，低侧FET保持导通，允许电流逆向进入电感。这意味着RMS电流比平均电流要高。事实上，即使没有平均电流，RMS电流仍然很高。由于环流的结果会出现损耗。一种解决方案是改变低侧FET的导通时间来优化效率。

显示了这样的事实，如果低侧FET导通时间太长，反向电流就会导致较高的损耗。如果低侧FET的导通时间太短，则低侧FET体二极管的电流导通。还有一个优化低侧FET计时的方法，可以使用如上所述的占空比观测技术确定最佳计时。

显示了利用这项技术与同步整流相比减少的相对损耗。在二极管仿真情况下，非常低的电流的急剧变化是由于转换到数字控制器中脉冲省略模式。

这些例子说明了数字控制在效率方面表现优于模拟。

本文小结

在本文中，我们已说明了数字电源控制优于传统模拟控制的许多方面。虽然数字控制尚不能完全接管模拟控制的市场，但我们相信，数字控制大有前途，而设计者们会发现采用数字电源控制器的设计越来越得心应手。

发布者：小宇