可增加下一代电源功能和灵活性的数字信号IC

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作为下一代数字控制电源IC，Microchip Technology的数字信号控制器(DSC)IC可以为电源提供内部数字控制。这些芯片不是首个专门用于数字控制的电源IC，但是其万片批量单价起价仅2.99美元，远远低于任何同类产品。

        这些器件配置在电源反馈回路中，因此速率非常关键。这是因为模数转换器(ADC)和处理器必须对输出进行采样，并且必须对任何变化做出尽可能快的反应，而Microchip Technology的数字信号控制器IC可以满足所有这些要求。

        我们先了解一下开关模式电源的基本内部数字控制IC配置，如图1所示。与模拟电源相比，数字信号控制器IC可以提供强大的故障监视功能、更好的瞬态响应能力以及成本更低的冗余选项。
                    

        另外，数字技术能够消除电源的漂移效应，并且无需温度补偿。利用这种数字技术，可以对操作设置进行编程，从而无需对电源进行手动调节。

        与PMBus以及Power-One的Z-One系统配合使用时，外部数字控制还可以设置输出电压并监视电源性能。但是它们需要一个外部电源管理器或处理器以及相应的电源接口。相比之下，数字信号控制器IC则主要通过使用固件和传感器(某些情况下需要)就可以执行这些任务。

        数字信号控制所需的硬件平台更少，这是因为在使用相同的内部硬件时，固件也可以控制电源性能。另外，这种控制可以动态更改拓扑和配置，包括由降压模式变成升压模式、由升压模式变成降压模式，或者由连续模式变成非连续模式。

        唯一的变化就是必须使用不同的外部功率输出极。外部数字控制可以更改电源的操作参数，但却无法动态更改拓扑。

        这些DSC的一大特性是其模拟比较器可以提早终止脉宽调制(PWM)信号，该特性可实现逐个周期的限流，这是电流模式电源所必需的。

        另外，通过增加适当的固件和某种外部硬件，数字信号控制可以实现功率因数控制(PFC)，而模拟电源则需要多得多的硬件，并且外部数字控制无法提供这种能力。

        数字信号控制打开了各种创新应用的大门，使其仅仅局限于可用的功能、设计者的想像力以及可用的程序内存。例如，这种控制器可以监视电源内部各个元件的性能。

        此外，类似基本电路还可以用于不断电电源(UPS)、功率反相器和数字照明等应用，而这种灵活度是模拟电源或者外部数字控制电源无法提供的。

经济可行性

        为了使应用经济可行，DSC IC必须以低成本提供所必需的高速电源功能。除了IC的价格之外，还涉及其它与成本相关的问题，比如了解数字控制设计原理和开发必需的固件所耗费的时间和精力。但是一旦掌握了这些知识，所有的电源都可以采用类似方法进行设计。

        设计工程师在设计时应该考虑两个必要问题。第一个问题是DSC电源适用于什么样的应用？答案很明显，即ac-dc(交流-直流)转换器和dc-dc(直流-直流)转换器。第二个问题是哪一种功率级别最经济可行，这完全取决于DSC IC的性能价格特性。

        如今，这种控制器IC的成本仅占100W以上电源总体成本的极小部分，包括前端电源、高功率dc-dc(直流-直流)转换器以及总线转换器。不久的将来，随着成本的进一步优化，这种DSC IC将有望用于100W以下的电源应用中。
               



        Microchip Technology现已拥有满足速度、价格和功能等需求的DSC系列解决方案，该系列包括dsPIC30F1010、dsPIC30F-2020和dsPIC30F2023。事实上，其唯一的外部元件在功率输出极(见图2、图3)。

        这些器件能够根据PWM周期调整模数采样点。可配置的控制还允许模拟比较器对随机事件做出反应，以防止其影响电源性能。

        片上多个PWM电路可实现这些器件的独立工作能力，并且不会增加处理器开销。另外，多个PWM电路还允许并行使用多个不同功能，如电压调节和PFC控制。

        这些器件的模拟比较器可用于提早终止PWM脉冲，从而逐个周期地限流。多通道ADC可实现电源电压和电流的并行采样。

        MPLAB集成开发环境支持这些IC，可满足简化固件开发的需要。该工具包括汇编程序、编译程序、可视器件初始化程序以及图形用户接口插件选项。设计者可通过评估板熟悉典型降压转换器中的硬件和固件。
               



作者：Sam Davis