在整個(gè)電子系統(tǒng)中,電視、音響設(shè)備、照片處理、通訊、網(wǎng)絡(luò)等都逐步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化,而最后一個(gè)沒(méi)有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域了。近年來(lái)非隔離DC/DC技術(shù)發(fā)展迅速,目前一套電子設(shè)備或電子系統(tǒng)由于負(fù)載不同,要求電源系統(tǒng)提供多個(gè)電壓擋級(jí)。如臺(tái)式PC機(jī)就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四種電壓以及待機(jī)的+5V電壓,主機(jī)板上則需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。
由于一套AC/DC中不可能給出這樣多的電壓輸出,而大多數(shù)低壓供電電流都很大,因此廠家們開(kāi)發(fā)了很多非隔離的DC/DC,它們基本上可以分成兩大類:一類在內(nèi)部含有功率開(kāi)關(guān)元件,稱DC/DC轉(zhuǎn)換器;另一類不含功率開(kāi)關(guān),需要外接功率MOSFET,稱DC/DC控制器。
其中,用數(shù)位方式控制電源轉(zhuǎn)換器,特別是PCB板上的DC/DC轉(zhuǎn)換器,極有可能通過(guò)對(duì)內(nèi)在程序進(jìn)行編程,產(chǎn)生一些新的特性,提高產(chǎn)品性能,改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活性,從而進(jìn)一步降低成本,節(jié)約PCB空間。本文介紹了基于數(shù)位PWM技術(shù)的數(shù)位開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)的實(shí)施。
雖然絕大多數(shù)消費(fèi)電子產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)位化處理,最常用的電源卻是最后才經(jīng)歷了模擬架構(gòu)到數(shù)位架構(gòu)的轉(zhuǎn)變,數(shù)位電源的核心則是數(shù)位脈寬調(diào)制(DPWM)。
數(shù)位PWM控制的觀念早已存在,許多研究報(bào)告以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證明數(shù)位PWM控制的確可以帶來(lái)不少的好處。相較于類比PWM控制方式,數(shù)位PWM控制的方式不止在成本上具有較高的優(yōu)勢(shì),尤其它所具有的優(yōu)異特性,例如它可產(chǎn)生任意的波形去驅(qū)動(dòng)MOSFET開(kāi)關(guān)、可與外界溝通的能力以及可程式化的彈性操作,這些因素都將使得數(shù)位PWM控制有可能會(huì)在最短的時(shí)間內(nèi)去取代整個(gè)電源的控制方式。
就目前所能見(jiàn)到的數(shù)位PWM控制方式的產(chǎn)品,其優(yōu)點(diǎn)可由幾項(xiàng)基本因素歸納如下:
(1)可產(chǎn)生可程式化的驅(qū)動(dòng)波形信號(hào)輸出。
(2)不受元件誤差,特性漂移以及老化的影響。
(3)隨時(shí)可因應(yīng)不同環(huán)境變化而改變其設(shè)定參數(shù)。
(4)可記錄操作情況以作為參考除錯(cuò)之用。
(5)與早就數(shù)位化的外界溝通。
從市場(chǎng)的角度來(lái)看,數(shù)位電路在成本的控制上會(huì)比類比電路更具競(jìng)爭(zhēng)性,以類比電路所設(shè)計(jì)的IC要達(dá)到縮小晶片尺寸的機(jī)會(huì)并不太,除非有部份功能數(shù)位化才有可能完成這項(xiàng)工作。成本的高低一向是視晶片的大小為考量而決定,假使傳統(tǒng)類比電源控制方式及管理功能能夠一并數(shù)位化,將晶片尺寸縮小的速度也將會(huì)追隨著摩爾定律得到合理的解釋,相對(duì)地對(duì)于降低成本也有幫助。
對(duì)于一個(gè)電源制造廠而言,可程式化的電源設(shè)計(jì)對(duì)于降低生產(chǎn)設(shè)計(jì)成本也可提供一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。理論上以數(shù)位PWM控制的系統(tǒng)所具備的記憶體均內(nèi)含有控制參數(shù)的設(shè)定以及可讀寫(xiě)儲(chǔ)存資料的能力,此特性對(duì)于如何降低生產(chǎn)成本的控制有下列4項(xiàng)好處:
(1)的差異性可藉由程式的設(shè)定達(dá)成,而不需硬體的更換以降低庫(kù)存量。
(2)有自我軟體監(jiān)測(cè)方式,可強(qiáng)化產(chǎn)品測(cè)試效率,甚至取代其功能以降低生產(chǎn)的不良率。
(3)品辨識(shí)、操作記錄及后續(xù)追蹤,均可經(jīng)由記憶體的儲(chǔ)存,以方便日后的管理及除錯(cuò)。