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数字电源控制:实现承诺

上网日期: 2011年02月16日 ?? 作者: Bill Hutchings ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:数字电源? 开关电源? SMPS?

传统上,开关电源(SMPS)的控制由纯模拟电路执行。低成本、高性能数字信号控制器(DSC)的出现,为充分发挥数字电源的优势提供了可行方案。数字电源的优势主要体现在:与模拟电源相比BOM成本的降低;控制灵活性和控制高级拓扑的能力;在不增加成本的情况下实现增值功能。

数字PSU节省成本

图1展示了通用两级模拟交流-直流电源的高级别框图,主要功能包括:

功率传输电路:半导体开关、电感、电容和电源变压器。

电源开关驱动:栅极驱动器和支持电路。

反馈:传感器、放大器和电阻网络。

控制:专用于每个功率级的控制器。

后台处理:用于排序、监控和通信的专用微控器和支持电路。


图1——从高级别角度显示了传统模拟控制的开关电源中的主要功能模块。

为进行比较,考虑使用两级电源。前端转换器为升压功率因数校正(PFC)电路,而第二级为直流-直流相移全桥转换器。

其中的一些部分,例如功率传输电路、驱动和反馈电路等,在模拟和数字电源中基本上是相同的。图2展示了对应于同一示例的数字电源。对于此电源的数字版本,可以将专用模拟控制器和后台处理MCU的功能,合并在单个dsPIC DSC中。


图2——在与图1的PSU相同的数字控制实现方案中,软件取代了多个用于实现主要功能的硬件。

图1和图2仅显示了二者的主要区别,然而,在进行比较的时候还应包括所有支持电路。模拟电源的每个级通常都需要提供辅助电源的电路,再加上前沿消隐、振荡器、顺序控制、软启动和补偿功能,所有这些都与中央控制器相连接。数字实现方案仍然需要针对辅助电源电路的硬件,但刚才提到的所有其他功能,都变成了运行在中央控制器上的软件。这样一来,不仅所需元器件变少,而且物理连接(PCB走线)也会大大减少。分析物料清单时,应考虑支持电路的成本、布线复杂性以及PCB尺寸。在模拟实现方案中,上述某些功能可能仅需要几个无源器件,但是实现其他功能则需要较高成本(例如,执行后台处理功能的独立MCU)。

有人可能会说:数字解决方案需要使用专门的MOSFET栅极驱动器,而模拟解决方案则可以提供片上栅极驱动器。确实,对于低功率设计而言这是事实,但大部分高功率模拟设计仍然需要使用外部栅极驱动器。

对BOM进行详尽的成本分析,总能得出这样的结论:数字电源的总成本远低于具有同等功能的模拟设计。元器件成本的简单相加只是其中的一部分,数字电源提供更简单的布线、更小的PCB、更低的PCB制造和装配成本以及更高的质量和可靠性,从而能进一步节省成本。


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