多頻技術改進數字電源轉換效率并縮短設計周期

來源：互聯網 作者：佚名2015年04月07日 11:28

0

分享

微信 QQ空間 新浪微博 騰訊微博 人人網

訂閱

[導讀] 幾十年來，電源轉換器拓撲結構一直以模擬技術為基礎。雖然大多數轉換器采用開關技術和脈寬調制（PWM），但出于功率半導體器件在處理層面上的兼容，以及成本效益的考慮，電路構成主要為模擬。不過，這種情況正在改變。在顯著提高數據中心和電信系統效率的過程中，模擬技術及其電路暴露出自身的缺點。

關鍵詞：多頻技術電源轉換數字電源

　　幾十年來，電源轉換器拓撲結構一直以模擬技術為基礎。雖然大多數轉換器采用開關技術和脈寬調制（PWM），但出于功率半導體器件在處理層面上的兼容，以及成本效益的考慮，電路構成主要為模擬。不過，這種情況正在改變。在顯著提高數據中心和電信系統效率的過程中，模擬技術及其電路暴露出自身的缺點。

　　數字電源管理和控制提供實時智能，便于系統開發人員構建電源系統自動適應運行環境的變化，并優化每種特定應用場合的效率。智能數字電源IC可以自動補償負載和系統溫度的變化，利用自適應死區時間控制、動態電壓調節、頻移、相數降低和電流不連續模式的切換來實現節能。

　　數字電源給人造成費用高的感覺一直是其被快速接受的一個障礙，不過，最新推出的器件正在迅速消除模擬與數字控制之間的價格差異，例如Intersil的ZL8800.數字電源效率和成本現在相當于，甚至優于模擬電源轉換解決方案，同時具有更先進的功能。

　　最重要的是，脈寬調制（PWM）、環路控制和反饋采用數字化方式。模擬信號采用模數轉換器（ADC）轉換為數字信號，信號經過數字轉換之后，微控制器、數字信號處理器或計算狀態機可以控制數字脈寬調制和反饋回路。這對于維持穩定性具有重要優勢，不存在模擬控制經常出現的響應速度下降問題。

　　雖然數字控制具有很多優點，但大量廠商并沒有充分利用這種技術所具有的優勢，許多情況下，只是核心模擬PWM技術采用數字形式。數字控制得以構建更加靈活的控制環路，利用多頻控制調整每種算法，處理不同速度條件下發生的事件。

　　傳統數字PWM控制器使用均勻采樣。控制器采集輸出電壓誤差樣本，根據采樣結果計算下一開關周期所需的占空比。均勻采樣控制器的不足之處是，從誤差采樣到PWM控制器切換電源電路存在時延或群延。群延造成相位滯后，這種滯后隨頻率增加，并限制最大閉環帶寬。

　　多頻控制可以提供穩定電源，而且幾乎可以立即對電壓的突然變化做出反應，即在一個PWM開關周期內做出相應響應。這種轉換架構實現這一能力的唯一方法是利用變頻開關技術，在電壓迅速變化時采用更高的頻率采樣和控制。但這種方法對許多系統并不適用。現代電信設備以及其他嚴格要求電磁兼容性的應用需要在固定頻率下工作，以保持嚴格控制的噪聲頻譜。

　　另一種方法是采用與誤差電壓偏差呈線性關系的比例增益。采用比例增益的固定頻率控制可以實現單周期反應，但快速響應環路增益會導致不穩。

　　Intersil開發的、用于ZL8800雙通道/雙相DC/DC控制器的電荷模式（ChargeMode）技術采用均勻和多頻采樣混合方法，在一個開關周期內對誤差進行多次采樣并計算調制信號。這種技術大大降低了群延，因此支持非常高的工作帶寬。由于縮短了群延，顯著降低了相位滯后。ZL8800還采用雙沿調制器，在總群延方面優于與其競爭的‘前沿’調制器。

　　圖1顯示ZL8800雙采樣技術。采用其中任一采樣率時，總延遲（tdelay）等于ADC轉換延遲和計算延遲之和（包括通道/濾波延遲）。如圖1所示，采用更高頻率NxFsw時鐘時，ZL8800的tdelay明顯低于傳統均勻采樣PWM調制器。

123下一頁全文

本文導航

• 第 1 頁：多頻技術改進數字電源轉換效率并縮短設計周期

• 第 2 頁：數字PMW調制

分享到： 微信 QQ空間 新浪微博 騰訊微博

0 收藏(0) 打印

免費訂閱 ElecFans 信息速遞，掌握即時科技產業動態與最新技術方案