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模仿技能及其电路暴露出本身的缺陷
作者:管理员    发布于:2016-01-14 10:02:15    文字:【】【】【

  几十年来,电源变换器拓扑构造一直以模仿技能为根底。尽管大多数变换器选用开关技能和脉宽调制(PWM),但出于功率半导体器材在处理层面上的兼容,以及本钱效益的思考,电路构成主要为模仿。不过,这种情况正在改动。在显着进步数据中心和电信体系功率的过程中,模仿技能及其电路暴露出本身的缺陷。

  数字电源管理和操控供给实时智能,便于体系开发人员构建电源体系主动习惯运转环境的改变,并优化每种特定运用场合的功率。智能数字电源IC能够主动抵偿负载和体系温度的改变,运用自习惯死区时刻操控、动态电压调节、频移、相数降低和电流不接连方式的切换来完成节能。

  数字电源给人形成费用高的感受一直是其被疾速承受的一个妨碍,不过,最新推出的器材正在敏捷消除模仿与数字操控之间的价格区别,例如Intersil的ZL8800.数字电源功率和本钱如今相当于,乃至优于模仿电源变换解决方案,一起具有更领先的功用。

  最主要的是,脉宽调制(PWM)、环路操控和反响选用数字化办法。模仿信号选用模数变换器(ADC)变换为数字信号,信号经过数字变换之后,微操控器、数字信号处理器或核算状态机能够操控数字脉宽调制和反响回路。这关于保持安稳性具有主要优势,不存在模仿操控经常出现的呼应速度降低问题。

  尽管数字操控具有很多长处,但很多厂商并没有充分运用这种技能所具有的优势,很多情况下,仅仅核心模仿PWM技能选用数字方式。数字操控得以构建更加灵敏的操控环路,运用多频操控调整每种算法,处理不一样速度条件下发作的事情。

  传统数字PWM操控器运用均匀采样。操控器收集输出电压差错样本,依据采样结果核算下一开关周期所需的占空比。均匀采样操控器的不足之处是,从差错采样到PWM操控器切换电源电路存在时延或群延。群延形成相位滞后,这种滞后随频率添加,并约束最大闭环带宽。

  多频操控能够供给安稳电源,而且简直能够立即对电压的俄然改变做出反响,即在一个PWM开关周期内做出相应呼应。这种变换架构完成这一能力的仅有办法是运用变频开关技能,在电压敏捷改变时选用更高的频率采样和操控。但这种办法对很多体系并不适用。现代电信设备以及别的严格要求电磁兼容性的运用需要在固定频率下作业,以保持严格操控的噪声频谱。

  另一种办法是选用与差错电压差错呈线性关系的份额增益。选用份额增益的固定频率操控能够完成单周期反响,但疾速呼应环路增益会导致不稳。

  Intersil开发的、用于ZL8800双通道/双相DC/DC操控器的电荷方式(ChargeMode)技能选用均匀和多频采样混合办法,在一个开关周期内对差错进行屡次采样并核算调制信号。这种技能大大降低了群延,因而支持十分高的作业带宽。因为缩短了群延,显着降低了相位滞后。ZL8800还选用双沿调制器,在总群延方面优于与其竞赛的‘前沿’调制器。

  图1显现ZL8800双采样技能。选用其间任一采样率时,总推迟(tdelay)等于ADC变换推迟和核算推迟之和(包括通道/滤波推迟)。如图1所示,选用更高频率NxFsw时钟时,ZL8800的tdelay显着低于传统均匀采样PWM调制器。

  联系高频采样差错信号,ChargeMode操控器以新颖的战略消除只选用高环路增益而发作的不安稳。这种战略将改变的影响定位在一个或几个作业周期。假如占空比改变的影响延伸到下几个周期,就会发作不安稳。数字操控可保证在一个开关周期中完成占空比的改变来调整俄然发作的电压违背,而不影响下一个或下几个周期。这种技能称为“单周期呼应”(ASCR)数字抵偿。

  图1 - ZL8800数字PWM调制

  抵偿器框图如图2所示,其构造在很多方面相似惯例PWM操控战略中运用的传统数字份额-积分-微分 (PID)操控器,但具有显着不同。图中显现抵偿器如何集成多频采样技能。抵偿器有两个并行通道,用来处理量化的差错电压。其间一个称为“疾速通道”,以高于“慢速通道”的频率采样差错电压。选用这种新式抵偿器构造,占空比指令被反响,以断定疾速通道的影响,并在后边的周期中消除疾速通道的影响。

脚注信息
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