人們希望數(shù)字控制技術(shù)能為電源帶來好處，能改善電源性能和降低成本。

　　一個基本的閉環(huán)穩(wěn)壓電源可以用數(shù)字電路或模擬電路實(shí)現(xiàn)。由于要實(shí)現(xiàn)更多的直接反饋電路，所以模擬控制環(huán)路變得非常復(fù)雜。大多數(shù)模擬電源在提供輔助監(jiān)控和自適應(yīng)性能方面受到很大的限制。數(shù)字電源控制技術(shù)的性價比和完善性優(yōu)勢是很明顯的。

　　模擬電源和數(shù)字電源

　　圖1和圖2示出模擬電源和數(shù)字電源的框圖。簡化的數(shù)字電源框圖中的數(shù)字電源管理單元包括數(shù)字化輸出和監(jiān)控信號的多通道ADC、實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制算法的邏輯、監(jiān)控電路、數(shù)字通信接口、功率因數(shù)校正控制器等。數(shù)字電源的工作特性由存儲在非易失性存儲器中的編程數(shù)據(jù)確定。

　　圖1　傳統(tǒng)的模擬電源框圖

　　圖2　簡化的數(shù)字電源框圖

　　表征數(shù)字電源的4個主要特征是：可編程性，監(jiān)控性能的可知性，響應(yīng)性和數(shù)字環(huán)路控制。

　　數(shù)字電源控制技術(shù)為制造商和用戶提供的好處如下：

　　·無調(diào)諧環(huán)路元件，這可避免故障和誤調(diào)。

　　·較寬的穩(wěn)定工作范圍。

　　·消除了物理元件公差所引起的環(huán)路不一致性，使部件重復(fù)性更好。

　　·變更/更新可人為下載。

　　·傳統(tǒng)電源改型只需最少或無測試方案的改變。

　　·具有產(chǎn)生虛擬電源元件的能力，使成本降低。

　　·較好的自診斷能力。

　　·降低系統(tǒng)主機(jī)要求。

　　·自動制造測試和調(diào)節(jié)，導(dǎo)致較好的一致性和較低的成本。

　　數(shù)字電源控制技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

　　·TI公司的Fusion Digital PowerTM器件（圖3）是數(shù)字電源控制技術(shù)應(yīng)用的成功事例。UCD7K家族集成大電流MOSFET柵極驅(qū)動器、可編程模擬過流檢測和輔助電路用的3.3V線性穩(wěn)壓器。此器件由分離的PWM數(shù)字電源控制器和控制邏輯（包括微處理器或DSP）驅(qū)動。UCD8K器件把PWM電路和輸出驅(qū)動器加到基本的UCD7K性能中。因?yàn)閁CD8K　IC靠近模擬方式中的控制環(huán)路，所以此器件只需要外部數(shù)字控制器功能（時鐘產(chǎn)生，輔助工作和通信）。此IC提供電壓模式和峰值電流模式控制。工作頻率和最大占空比由來自數(shù)字控制器的輸入時鐘信號設(shè)置。在UCD9K中包含1個12位16通道ADC（工作頻率高達(dá)12.5MHz），提供數(shù)字閉環(huán)控制所需的信號。UCD9K器件可以認(rèn)為是為數(shù)字電源控制定制的DSP。此IC包含所需的DSP功能、PWM、變換和通信電路。

　　圖3　TI公司Fusion數(shù)字電源家族

　　圖4　數(shù)字控制POL轉(zhuǎn)換器應(yīng)用實(shí)例

　　輸出電壓由模擬PWM控制，數(shù)字設(shè)置其限值。到UCD8K的時鐘信號輸入設(shè)置開關(guān)重復(fù)頻率。軟啟動期間，時鐘脈沖寬度逐漸增大到其最大值。此脈沖寬度相當(dāng)于所允許的最大伏特一秒（VS）乘積。當(dāng)電源運(yùn)行正常時，模擬控制環(huán)路將產(chǎn)生短于最大VS嵌位值的PWM脈沖。因?yàn)閂S嵌位信號是數(shù)字方法產(chǎn)生的，所以它比直接取自模擬信號更加靈活。

　　·Zilker公司的25-AZL2005和3-AZL2105是兩款數(shù)字控制POL（負(fù)載點(diǎn)）轉(zhuǎn)換器。圖4示出它們的1個應(yīng)用實(shí)例。系統(tǒng)控制器通過總線接口可以監(jiān)控ZL2005/ZL2105的系統(tǒng)參量，包括輸入和輸出電壓、輸出電流、開關(guān)頻率和占空比、內(nèi)部結(jié)溫或外部器件溫度。可以設(shè)置它們獨(dú)立的監(jiān)控失效條件并當(dāng)失效條件發(fā)生時通過分離引腳告知控制器。用引腳捷聯(lián)（低態(tài)，高態(tài)或開路）、電阻器或SMBus可以編程穩(wěn)定的輸出電壓、導(dǎo)通延遲和輸出電壓斜波率。SMBus編程能提供最高的輸出電壓精度；引腳捷聯(lián)可使輸出電壓設(shè)置到0.6V~5V之間的9個電壓值；電阻器可使輸出電壓設(shè)置在0.6V~5.5V之間的電壓，步長10mV。在用一組ZL2005和ZL2105器件時，通過發(fā)送PMBus命令可以預(yù)先設(shè)置它們的上電時序。上電時序是由每個器件的I2C/SMBus地址確定的，從具有最低地址的器件開始導(dǎo)通，直到鏈路中的所有器件都導(dǎo)通。器件關(guān)閉正好相反，具有最高地址的器件先關(guān)閉，器件依次按地址高到低先后關(guān)閉。當(dāng)鏈路中的所有器件都同步到相同的開關(guān)時鐘時，相位擴(kuò)展是可能的。通過I2C/SMBus接口可以設(shè)置每個器件的相位偏置（相位偏置＝器件地址×45o）為0o~337.5o之間的任意值（增量22.5o）。

　　·Agilent Technologies公司把數(shù)字電源解釋為采用數(shù)字手段的電源輸送控制。這包括數(shù)字控制的所有方面，如電壓和電流電平是可編程的、用數(shù)字控制來保護(hù)末端用戶負(fù)載、輸出電壓和電流的數(shù)字調(diào)整以及電源管理等。

　　數(shù)字技術(shù)可以增強(qiáng)全系統(tǒng)控制功能。在Agilent的N6700模塊電流系統(tǒng)中，用數(shù)字電源管理使400W主機(jī)增加到1200W。系統(tǒng)以本地?cái)?shù)字監(jiān)控和每個電源的最大功率控制分配功率到每個電源。過壓和過流保護(hù)系統(tǒng)中的數(shù)字反饋使保護(hù)比模擬方法更快和更精確，并使元件數(shù)減少和開發(fā)簡化。

　　·EEC公司也設(shè)計(jì)和制造數(shù)字電源。ReFlex電源用固件定義的高速FPGA基等效電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的外反饋控制環(huán)路和保護(hù)管理環(huán)路的硬件定義傳遞函數(shù)。可編程DC電源中的數(shù)字控制提供0.1%電壓編程精度和100%負(fù)載步變化的0.01%負(fù)載調(diào)整。數(shù)字控制技術(shù)使電源參量能動態(tài)和最佳自適應(yīng)用戶應(yīng)用。環(huán)路參量的自適應(yīng)控制同時支持編程精度、調(diào)整和動態(tài)響應(yīng)的最佳化。另外，數(shù)字控制技術(shù)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，如功率模式控制或可變轉(zhuǎn)換率控制。數(shù)字控制的靈活性和經(jīng)濟(jì)性能使電源組合成串聯(lián)或并聯(lián)配置，形成虛擬電源。