實用電源設(shè)計Q & A系列之一-更具優(yōu)勢的AC-DC適配器充電器

Q1：該新型數(shù)字控制技術(shù)具體優(yōu)勢是什么？

A1：優(yōu)勢主要是看用在什么功率上。如果是在低功率上，優(yōu)勢主要是在它是用數(shù)字方式來實現(xiàn)初級的控制，省略了次級的恒流電路、穩(wěn)壓電路，也就是說用初級的方式能夠得到同樣的次級控制的效果。另一個方面，能夠節(jié)約成本，大家所知道的TL431，光耦，運(yùn)算放大器等等。

Q2：這種數(shù)控適配器能用在通訊系統(tǒng)里面嗎？比如基站，容不容易引起反串干擾？

A2：1692，168?這些控制線是針對低功率的。對于基站來講，功率是比較大的，不推薦使用這種。

Q3：在做開關(guān)電源開機(jī)的時候會有“嚓”的一聲，負(fù)載電阻滿功率老化的時候，正常工作也會有“嗞嗞”的聲音，請問一般是什么原因造成的，該怎樣解決？

A3：一般來講，“嚓”的一聲是由磁性器件的磁性和線圈發(fā)出的，也可能是由變壓器和電感產(chǎn)生的；“磁磁磁”的聲音是由變壓器發(fā)出的，尤其是在反激變壓器里，由于變壓器有儲能的緣故。解決方案有兩種，第一要讓整個系統(tǒng)工作很平穩(wěn)，不要有大小波的出現(xiàn)。第二是在選用元器件時，要減小電容的損耗值。具體情況因設(shè)計而定。謝謝！

Q4：請問數(shù)字控制技術(shù)設(shè)計指的是什么？是指PWM嗎？

A4：數(shù)字控制技術(shù)是指內(nèi)部控制器采用數(shù)字的方式來做。

Q5：ACDC適配器技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，現(xiàn)有的PWM控制器如384X、1203、6841都能達(dá)到很好的性能，為什么iwatt還要在這個模擬領(lǐng)域介紹數(shù)字技術(shù)，該數(shù)字技術(shù)有何特殊性呢？或是能降低成本嗎？

A5：技術(shù)的發(fā)展是永無止境的，沒有任何一個產(chǎn)品或者技術(shù)是不可取代的。電源未來的發(fā)展更注重環(huán)保，環(huán)保要求用等量的材料達(dá)到更高的效率。小體積是直接的要求，當(dāng)然成本也是必要的考量。在兼顧成本、性能以及可靠性的同時，傳統(tǒng)的PWM方案面臨挑戰(zhàn)，比如說如何實現(xiàn)毫瓦級的損耗，再比如對于3、5W的手機(jī)充電器，電阻和成本都是非常重要的，更不要說PCB的大小以及其他的一些因素。從傳統(tǒng)的通用性來說，PWM_IC不適合未來的發(fā)展，對于不同的應(yīng)用設(shè)計出優(yōu)化的系統(tǒng)解決方案才是長久之計。iwatt的方案是具有針對性的系統(tǒng)方案，并進(jìn)而采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。比如對于不同的輸入電壓和負(fù)載，控制芯片會調(diào)整開關(guān)頻率和狀態(tài)，以維持高效、恒流和恒壓。對于3W的手機(jī)充電器，我們提出了緣邊控制技術(shù)，無需傳統(tǒng)次級的控制電路，能實現(xiàn)比傳統(tǒng)的控制技術(shù)更好的效果。比如，在傳統(tǒng)的設(shè)計方案中，如果采樣電阻短路，電源只能工作在一個恒功率狀態(tài)，在不同輸入電壓下，功率往往不一樣；我們的方案是不管任何元器件的開、短路皆能有效的控制輸出的電流不超過額定的電壓和電流。因為數(shù)字技術(shù)具有記憶和智能判斷的能力，與傳統(tǒng)的比較，這是我們的優(yōu)勢。

Q6：請問DC適配器充電器的新型數(shù)字控制方法現(xiàn)在的成熟度怎么樣？到哪一個階段呢？

A6：如果把數(shù)字控制器在電源發(fā)展看作RC的單一激勵震蕩來看，iwatt技術(shù)已進(jìn)入穩(wěn)定的數(shù)字發(fā)展階段。Iwatt是最早開發(fā)數(shù)字電源控制的公司，始于2000年。目前采用我們數(shù)字控制芯片在產(chǎn)品以及全世界大批量的應(yīng)用開始于2005年。現(xiàn)在越來越多的公司加入這一行業(yè)，尤其是緣邊控制方案。現(xiàn)在市場上推出不少于五款的緣邊控制IC，當(dāng)然，在DC/DC領(lǐng)域，數(shù)字控制方案可以說非常普遍的，也是非常多的。可以預(yù)見，數(shù)字電源的發(fā)展將會對傳統(tǒng)電源工業(yè)的發(fā)展具有非常重要的影響。

Q7：請談?wù)剶?shù)字技術(shù)在開關(guān)電源應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和未來發(fā)展，及其所具有的突出優(yōu)勢和劣勢？

A7：這個是一個通用的問題，并不是針對我們公司的產(chǎn)品，所以我就說一下在這個行業(yè)數(shù)字控制的優(yōu)點和缺點體現(xiàn)在那些方面。從優(yōu)點來講，大概有七點：第一點是它的監(jiān)測。比如說監(jiān)測電源的電壓變化、電流變化、溫度的變化，這些變化隨著時間而改變。當(dāng)電源在運(yùn)行時，電壓會發(fā)生很多變化，這就是檢測的功能。在傳統(tǒng)的模擬電源里很容易實現(xiàn)；第二點是通訊功能。大部分電子設(shè)備都是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的，有了數(shù)字接口，通訊起來非常簡單；接下來是控制的技術(shù)。電源從根本上來講就是一個開和一個關(guān)，信號本身就一個數(shù)字的信號，所以對于數(shù)字技術(shù)來說，需要數(shù)字來控制系統(tǒng)是自然的；第四點是配置問題。它能動態(tài)的檢測系統(tǒng)的參數(shù)，就像在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，隨著負(fù)載的變化，輸出的電流是變大還是變小，系統(tǒng)對穩(wěn)定性或者環(huán)路的參數(shù)來講是有變化的；對數(shù)字技術(shù)來講，可以檢測到當(dāng)前的系統(tǒng)到底運(yùn)行在什么樣的狀態(tài)，輸出的功率是多少，那么當(dāng)前系統(tǒng)的模型就是什么狀態(tài)。從控制的角度來講，可以變化參數(shù)；保護(hù)功能也很重要，保護(hù)功能也是一個數(shù)字的信號，也就是說PT是不是過熱了，是不是過壓了，是不是應(yīng)該先把它關(guān)掉，或者說它什么時候安全了，再把它打開；第六點是檢測問題。如果系統(tǒng)發(fā)生了問題，從某種角度來講，只能通過示波器或萬用表測量，從外圍的設(shè)備來檢測到底是什么問題。對于數(shù)字技術(shù)，很多信號都是在數(shù)字內(nèi)部已經(jīng)表現(xiàn)出來，如果有其他設(shè)備的檢測接口，就可以直接把這個問題說出來。從系統(tǒng)的角度來講，如果一個系統(tǒng)有兩個電源，當(dāng)電源出了問題，可以告訴系統(tǒng)到底是哪個電源出了問題，如果系統(tǒng)有很多電源或很多輸出，哪個電壓需要先進(jìn)行，哪個電壓需要后進(jìn)行，這是一個順序的問題，這些問題都可以通過數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)。這些就是數(shù)字電源的優(yōu)勢。從劣勢來講，因現(xiàn)在市場上數(shù)字電源還不是很廣泛，從元器件的角度來講，像模擬的控制芯片，比如3842、3843很多廠商都在生產(chǎn)，但是生產(chǎn)出來的產(chǎn)品并不是一樣的，所以在通用性問題或者成本問題上，很多設(shè)計人員都有一些顧慮。從設(shè)計的本身來講，并不是那么廣泛和完善。有些設(shè)計人員擔(dān)心，我們設(shè)計的數(shù)字芯片是不是把以前的模擬的概念都忘記了，是不是我要學(xué)很多編程，從目前來看這也是一個比較劣勢的地方。從我們公司的角度出發(fā)，另外從iwatt的產(chǎn)品來看，我們希望提供一個低成本，并且非常容易設(shè)計，也就是說并不需要大家去編程，并不需要大家了解到底內(nèi)部數(shù)字是怎么樣去實現(xiàn)，設(shè)計的時候只需要像傳統(tǒng)的芯片一樣，以傳統(tǒng)芯片的眼光，從模擬的角度去看這個芯片怎么設(shè)計。在這個過程就能體會數(shù)字設(shè)計的優(yōu)點在哪里。

Q8：iWatt的IC是怎樣獲得動態(tài)控制的，它與傳統(tǒng)的方案相比怎樣？

A8：談到動態(tài)控制，一個很大的特點是原邊控制。與傳統(tǒng)的方案相比區(qū)別在于，傳統(tǒng)的方案不管是輸出電壓還是輸出電流都要通過副邊的檢測來控制原邊MOS管的開通和關(guān)斷，所以通過端口傳到原邊的信號并不是真實的輸出電壓或者輸出電流，而是一個誤差性或是一個得到補(bǔ)償?shù)恼`差信號。原邊控制，可以從原邊及時的檢測到它的輸出電壓以及輸出電流。輸出電壓和輸出電流已經(jīng)及時的存在于數(shù)字單元里面，在每一個開關(guān)周期內(nèi)，都可以及時的獲得輸出電壓到底是多少，所要控制的輸出電流在的狀態(tài)，甚至它的輸出功率是什么狀態(tài)，所以反應(yīng)就能在下一個周期里體現(xiàn)出來。這是與傳統(tǒng)方案相比它可以達(dá)到的一個及時的，高性能的動態(tài)功能。

Q9：什么是實時波形分析？

A9：談到實施波形分析，不可避免的要談到原邊控制。原邊控制跟副邊控制本質(zhì)上的區(qū)別是如果采用傳統(tǒng)的副邊控制來檢測副邊的輸出電壓和輸出電流，必然是已經(jīng)通過整流、濾波以后的輸出電壓，它是一個非常穩(wěn)定的DC電壓，并不是交流電壓。因為電壓非常穩(wěn)定，所以任何時候讀取都可以，也就是說在開關(guān)周期的任何一點去讀取這個電壓都不會相差非常大。變壓器本身是一個交流能量傳遞的器件，直流的信號沒有辦法穿過變壓器的傳遞副邊。在原邊來檢測的話，檢測到的必然是一個交流的信號，從設(shè)計的方面來看，采集的信號從變壓器的繞組來采集這樣一個反饋的信號。變壓器反饋的這個繞組的信號它反映的是輸出電壓，但是它并不等于輸出電壓，而且它是一個交流信號。那么到底在一個什么地方應(yīng)該采這樣一個電壓？隨著不同的功率變化，不同的輸出變化，到底是恒壓控制還是恒流控制，在各種狀態(tài)下，到底怎樣取得這么一個最準(zhǔn)確的采集點，這就是iwatt公司最具優(yōu)勢的，也就是我們申請專利的一個非常好的數(shù)字技術(shù)。我們通過原邊來控制這么一個數(shù)字技術(shù)就可以達(dá)到非常精確的恒壓和恒流的控制。所謂的實時控制，就是說在每一個周期，都對變壓器上的波形每一點都進(jìn)行分析，通過對交流波形的實時分析，我們要不停的尋找一個最佳的點去采集這個電壓。同時，通過實時的分析就知道系統(tǒng)工作開通到底在多少時間，關(guān)斷到底在多少時間，還有變壓器的磁恢復(fù)到底是多少時間，這些都是每個周期動態(tài)的實現(xiàn)。一個更重要的方面，因為所有的變壓器都會有非常大的噪音的，沒有那么平滑，那么利用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)了動態(tài)的濾波，根據(jù)系統(tǒng)它的噪音到底應(yīng)該是多大，怎樣把這些噪音濾掉，怎么樣會把原始的準(zhǔn)確的輸出電壓、輸出電流還原出來，這就是我們所做的一個實時的波形分析。

Q10：電壓檢測端的電容對該芯片有沒有電氣影響？

A10：假設(shè)電壓檢測端的電容是一個電壓檢測點。有兩個部分，一是在初級的Vin的部分，一個小濾波電容。濾波電容是用來濾掉一些雜質(zhì)，電容的存在是需要的。目前的數(shù)值是470pF~nF之間。還有一個電容是在Vsense腳，電容是幾十皮法來做的，也是用來濾掉那些雜質(zhì)。

Q11：初級控制架構(gòu)是否對變壓器的結(jié)構(gòu)及繞制工藝有很高的要求？

A11：不會。首先，恒壓部分檢測到的電壓點并不會受初級漏感所影響，電路里面，芯片內(nèi)部有一個緣回電路會讀取檢測到電壓后緣點，前面的漏感電壓將會被排斥掉。恒流時，是以工作的waste time來計算，從而計算它的CC恒流的位置。恒流的位置也受初級的檢測電阻控制，所以變壓器的電感值或漏感值并不會影響到它CB時候的精確值或者是CC電流的恒定值。

Q12：使用數(shù)字控制器對于變壓器的設(shè)計是否有什么特殊注意事項？如果系統(tǒng)因為瞬態(tài)外部條件變化而進(jìn)入連續(xù)工作模式，系統(tǒng)會出現(xiàn)什么情況？

A12：從數(shù)字控制器本身來講，對變壓器沒什么要求。對初級控制來講，檢測點是當(dāng)變壓器復(fù)位之后去檢測這，從理論上講，對變壓器的整個要求不是很高。第二，這個理論的成立是在非連續(xù)狀態(tài)下工作，也就是說，出現(xiàn)任何一種情況，它都不會進(jìn)入連續(xù)模式，如果進(jìn)入連續(xù)模式就是不正常的，系統(tǒng)會進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)而關(guān)閉。

Q13：數(shù)字處理要消耗一定的時間,會對性能造成影響嗎?如何解決?

A13：數(shù)字處理確實要消耗一定的時間，但是這個時間并不是一個絕對的時間。我們知道數(shù)字處理最重要的是它是一個時鐘，那么它時鐘是多少？因為我們數(shù)字處理的時間并不是說我做一個計算，做一個加法、做一個除法，它到底是一個微妙、一個納秒，我們并不是絕對的講這個時間，我們所講的是它需要幾個數(shù)字時鐘。在設(shè)計芯片的時候，數(shù)字時鐘它所設(shè)計的速度是允許我們在最快的工作頻率下完成所有的計算，在每一個周期里面都能完成的信息處理，然后控制下一個周期的工作。

Q14：芯片是怎樣進(jìn)行輸出電流檢測的？

A14：輸出電流檢測并不在輸出檢測或者副邊檢測，而是在初級部分的原邊檢測。是由晶片根據(jù)它所看到的初級Bias-Winding的電壓波形做分析，然后記下時間，得出適當(dāng)?shù)腜導(dǎo)鏈的通導(dǎo)時間，從而控制能量的要求。