多頻技術(shù)改進(jìn)數(shù)字電源轉(zhuǎn)換效率并縮短設(shè)計(jì)周期
來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：佚名2015年04月07日 11:28
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[導(dǎo)讀] 幾十年來(lái)，電源轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一直以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)。雖然大多數(shù)轉(zhuǎn)換器采用開關(guān)技術(shù)和脈寬調(diào)制（PWM），但出于功率半導(dǎo)體器件在處理層面上的兼容，以及成本效益的考慮，電路構(gòu)成主要為模擬。不過(guò)，這種情況正在改變。在顯著提高數(shù)據(jù)中心和電信系統(tǒng)效率的過(guò)程中，模擬技術(shù)及其電路暴露出自身的缺點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：多頻技術(shù)電源轉(zhuǎn)換數(shù)字電源
幾十年來(lái)，電源轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一直以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)。雖然大多數(shù)轉(zhuǎn)換器采用開關(guān)技術(shù)和脈寬調(diào)制（PWM），但出于功率半導(dǎo)體器件在處理層面上的兼容，以及成本效益的考慮，電路構(gòu)成主要為模擬。不過(guò)，這種情況正在改變。在顯著提高數(shù)據(jù)中心和電信系統(tǒng)效率的過(guò)程中，模擬技術(shù)及其電路暴露出自身的缺點(diǎn)。
數(shù)字電源管理和控制提供實(shí)時(shí)智能，便于系統(tǒng)開發(fā)人員構(gòu)建電源系統(tǒng)自動(dòng)適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境的變化，并優(yōu)化每種特定應(yīng)用場(chǎng)合的效率。智能數(shù)字電源IC可以自動(dòng)補(bǔ)償負(fù)載和系統(tǒng)溫度的變化，利用自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)、頻移、相數(shù)降低和電流不連續(xù)模式的切換來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
數(shù)字電源給人造成費(fèi)用高的感覺(jué)一直是其被快速接受的一個(gè)障礙，不過(guò)，最新推出的器件正在迅速消除模擬與數(shù)字控制之間的價(jià)格差異，例如Intersil的ZL8800.數(shù)字電源效率和成本現(xiàn)在相當(dāng)于，甚至優(yōu)于模擬電源轉(zhuǎn)換解決方案，同時(shí)具有更先進(jìn)的功能。
最重要的是，脈寬調(diào)制（PWM）、環(huán)路控制和反饋采用數(shù)字化方式。模擬信號(hào)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字轉(zhuǎn)換之后，微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器或計(jì)算狀態(tài)機(jī)可以控制數(shù)字脈寬調(diào)制和反饋回路。這對(duì)于維持穩(wěn)定性具有重要優(yōu)勢(shì)，不存在模擬控制經(jīng)常出現(xiàn)的響應(yīng)速度下降問(wèn)題。
雖然數(shù)字控制具有很多優(yōu)點(diǎn)，但大量廠商并沒(méi)有充分利用這種技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)，許多情況下，只是核心模擬PWM技術(shù)采用數(shù)字形式。數(shù)字控制得以構(gòu)建更加靈活的控制環(huán)路，利用多頻控制調(diào)整每種算法，處理不同速度條件下發(fā)生的事件。
傳統(tǒng)數(shù)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(jù)采樣結(jié)果計(jì)算下一開關(guān)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(shí)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(huán)帶寬。
多頻控制可以提供穩(wěn)定電源，而且?guī)缀蹩梢粤⒓磳?duì)電壓的突然變化做出反應(yīng)，即在一個(gè)PWM開關(guān)周期內(nèi)做出相應(yīng)響應(yīng)。這種轉(zhuǎn)換架構(gòu)實(shí)現(xiàn)這一能力的唯一方法是利用變頻開關(guān)技術(shù)，在電壓迅速變化時(shí)采用更高的頻率采樣和控制。但這種方法對(duì)許多系統(tǒng)并不適用。現(xiàn)代電信設(shè)備以及其他嚴(yán)格要求電磁兼容性的應(yīng)用需要在固定頻率下工作，以保持嚴(yán)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(guān)系的比例增益。采用比例增益的固定頻率控制可以實(shí)現(xiàn)單周期反應(yīng)，但快速響應(yīng)環(huán)路增益會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)。
Intersil開發(fā)的、用于ZL8800雙通道/雙相DC/DC控制器的電荷模式（ChargeMode）技術(shù)采用均勻和多頻采樣混合方法，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)對(duì)誤差進(jìn)行多次采樣并計(jì)算調(diào)制信號(hào)。這種技術(shù)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(diào)制器，在總?cè)貉臃矫鎯?yōu)于與其競(jìng)爭(zhēng)的‘前沿’調(diào)制器。
圖1顯示ZL8800雙采樣技術(shù)。采用其中任一采樣率時(shí)，總延遲（tdelay）等于ADC轉(zhuǎn)換延遲和計(jì)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(shí)鐘時(shí)，ZL8800的tdelay明顯低于傳統(tǒng)均勻采樣PWM調(diào)制器。
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