電源管理的模擬和數(shù)字方法(06-100)

　　圖4示出一種數(shù)字控制結(jié)構(gòu)，其中輸入誤差信號(Vfb-Vref)經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，此后進(jìn)行PID補(bǔ)償和數(shù)字調(diào)制(DPWM)。

　　數(shù)字電源轉(zhuǎn)換控制環(huán)路的核心是數(shù)字調(diào)制器。圖5示出用環(huán)形振蕩器實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制器方法，這是一種簡單和有效的方法。在此實(shí)例中，環(huán)形振蕩器工作頻率為1MHz(T=1ms)，此頻率也是數(shù)字PWM系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率，環(huán)形振蕩器由255個電路構(gòu)成(在環(huán)形振蕩的最簡單實(shí)現(xiàn)方法中，門電路數(shù)必須是奇數(shù))，以對應(yīng)于8位分辨率。每個門電路輸出都是比前一個門電路延遲1/255時(shí)鐘周期，大約為4ns。

　　適當(dāng)?shù)剡x擇門電路之間的時(shí)間延遲，可以產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制器輸出處的‘on’脈沖，通過由數(shù)字誤差信號電壓DVε驅(qū)動的數(shù)字選擇器可以進(jìn)行這種選擇。

　　選擇控制算法

　　若被穩(wěn)壓的系統(tǒng)是真正線性的，這意味著工作模式是連續(xù)不變的或者是平穩(wěn)的，則模擬通常是采用的方法。臺式CPU電壓穩(wěn)壓器就是這樣情況，穩(wěn)壓器輸出從無載到滿載必須用同樣的算法進(jìn)行連續(xù)地控制。若系統(tǒng)非平穩(wěn)，這意味著工作模式是不連續(xù)和變化的，則選擇數(shù)字方法比較好。

　　例如，在筆記本或移動電話電壓穩(wěn)壓器應(yīng)用中，選擇數(shù)字方法是比較好的。因?yàn)樵谳p負(fù)載時(shí)，應(yīng)節(jié)省功率，此時(shí)需要模式變化。這通常會發(fā)生從PWM算法到PFM(脈沖頻率調(diào)制)的情況。PFM是隨負(fù)載調(diào)節(jié)頻率的模式，因此，在較輕負(fù)載時(shí)產(chǎn)生較低的頻率，進(jìn)而有較低的開關(guān)損耗。

　　在模擬系統(tǒng)中，這樣的模式變化需要從一個控制環(huán)路(如PWM)突然轉(zhuǎn)換到另一個模式(如PFM)，通常此時(shí)負(fù)載正在變化。這種算法不是連續(xù)性的，必定導(dǎo)致輸出穩(wěn)定度的暫時(shí)降低。

　　相反，數(shù)字控制固有的配置來處理不連續(xù)性。因此，數(shù)字控制在單控制算法中具有處理模式變化的能力。

　　電源管理和轉(zhuǎn)換應(yīng)用

　　數(shù)字電源管理的明顯優(yōu)點(diǎn)是容易通信、編程、狀態(tài)報(bào)告等。這種數(shù)字控制的典型應(yīng)用實(shí)例是智能電池系統(tǒng)，為筆記本電腦供電的智能電池充電器。此系統(tǒng)包括智能充電器，智能電池和主微控制器。在此系統(tǒng)中，智能充電器從器件通過系統(tǒng)管理總線(SMBus)接收來自“主”控制器的命令。然后，智能充電器調(diào)節(jié)其參量為智能電池提供所需的電流、電壓和功率，然后對微控制器報(bào)告其數(shù)值。

　　在電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，微控制器基數(shù)字結(jié)構(gòu)具有很多有用的地方，特別是在不僅僅需要編程性，而且也需要電流和電壓整形的應(yīng)用中。

　　電流整形應(yīng)用

　　在輕載鎮(zhèn)流器應(yīng)用中需要電流整形，對于不同的燈可以靈活地設(shè)置電流的強(qiáng)度和周期以及３個工作相(預(yù)熱，點(diǎn)火和調(diào)光)。在PFC應(yīng)用中也需要電流整形，電流必須與線電壓有相同形狀。(京湘)