數(shù)字電源控制器與芯片應(yīng)用

　　1、數(shù)字電源基本特征

　　數(shù)字電源一直是系統(tǒng)架構(gòu)師與電源設(shè)計(jì)者的熱門話題。由于電源管理業(yè)在不斷發(fā)展，而數(shù)字電源正是發(fā)展的重要一環(huán)。那么，什么是真正的數(shù)字電源，它又能帶來什么直接的好處呢?目前公認(rèn)的數(shù)字電源定義是：提供監(jiān)控與配置功能，使用數(shù)字算法擴(kuò)展至全環(huán)路控制的數(shù)字控制電源產(chǎn)品。因此，數(shù)字電源必須執(zhí)行的電源管理功能可以保留在模擬區(qū)域，也可以轉(zhuǎn)移至數(shù)字區(qū)域。數(shù)字電源可以完成對PWM控制環(huán)路的數(shù)字控制和數(shù)字電源管理與通信任務(wù)。系統(tǒng)可以使用一種或兩種形式的數(shù)字電源。數(shù)字電源組成包括好幾個(gè)部分，典型的產(chǎn)品由數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器，數(shù)字電源PWM控制器和高分辨率數(shù)字控制器三部分組成．該電源管理產(chǎn)品專門支持從AC線到負(fù)載點(diǎn)，包括不間斷電源（UPS）、服務(wù)器、電信、數(shù)據(jù)中心及VRM應(yīng)用的隔離與非隔離式解決方案。圖1所示為數(shù)字電源是由基本模塊構(gòu)成的。 

　　 圖1中某些模塊執(zhí)行模擬功能，如驅(qū)動(dòng)器模塊，而另一些模塊如DSP等則執(zhí)行數(shù)字功能。數(shù)字電源可以完成對PWM控制環(huán)路的數(shù)字控制和數(shù)字電源管理與通信任務(wù)。系統(tǒng)可以使用一種或兩種形式的數(shù)字電源。那么，數(shù)字電源它又能帶來什么直接的好處呢?

　　 1.1、數(shù)字電源組成主要優(yōu)點(diǎn)。

　　 數(shù)字化閉環(huán)是數(shù)字電源迄今最復(fù)雜的部分。腦中躍出的第一個(gè)問題是：為什么要用數(shù)字控制，使用模擬控制環(huán)路的SMPS（開關(guān)模式電源系統(tǒng)）不是挺好嗎?模擬控制環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確、工程師對自己設(shè)計(jì)的理解，以及有極多模擬控制IC的支持。然而，模擬控制環(huán)路是面向一個(gè)定義范圍狹窄的特定負(fù)載。如果負(fù)載變化范圍寬，則很難在負(fù)載的整個(gè)變化范圍內(nèi)調(diào)整模擬環(huán)路。

　　 如果使用一個(gè)真正的數(shù)字控制器，則設(shè)計(jì)者可以將數(shù)值放在寄存器內(nèi)，對控制器的各個(gè)方面作配置，而無需改變外部的硬件。設(shè)計(jì)者只需要工作在PC的GUI（圖形用戶界面-從圖2（b）所示可見）上，就可以更快地優(yōu)化和調(diào)試系統(tǒng)，而不必將各種電阻電容在板上焊上焊下�？梢匀サ裟承┰�件，或使用較廉價(jià)的無源元件，從而補(bǔ)償處理器的成本．產(chǎn)生電源精度的本身是模擬功能。然而，當(dāng)你擁有了這種數(shù)字能力時(shí)，就不用制造有絕對精度的部件，而可以制造精度較差的部件，然后用數(shù)字控制來校準(zhǔn)這些誤差。這與信號調(diào)節(jié)發(fā)生的情況類似。但數(shù)字控制環(huán)路需要一個(gè)速度相對較快而功能強(qiáng)大的處理器，這在錙銹必較的電源子系統(tǒng)中是一個(gè)缺陷。

　　然而數(shù)字電源的作用并不只是數(shù)字式地閉鎖控制環(huán)路。它還包括管理與通信功能，這在數(shù)據(jù)通信和電信系統(tǒng)中正變得日益重要。這些系統(tǒng)依賴于能應(yīng)付多種電壓線路的電源處理器，這些電壓線路必須以設(shè)定的順序完成上電和斷電。

　　 概括數(shù)字電源的主要優(yōu)點(diǎn)：更大的靈活性，能加快設(shè)計(jì)產(chǎn)品的上市進(jìn)程；提高供電性能；使系統(tǒng)溝通成為可能，如遠(yuǎn)程偵測等；器件數(shù)量減少，因而系統(tǒng)成本低廉。之所以采用而數(shù)字電源解決方案，是因該解決方案具有如下優(yōu)點(diǎn)，即可編程序，使用簡便，精確度高，集成化強(qiáng)，通用開發(fā)平臺(tái)及支持電流及未來的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　 1.2、關(guān)于數(shù)字電源的軟件支持

　　 數(shù)字電源控制需要軟件支持，如UCD95K和UCD91K的數(shù)字電源控制器由CodeComposeStudio公司的IDE軟件支持，它是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，可提供主要的開發(fā)工具以減少開發(fā)時(shí)間和工作量。其PMBus（電源管理總線）工具也成為數(shù)字電源客戶支持的一部分。因?yàn)樾碌腜MBus通信執(zhí)協(xié)議已經(jīng)開發(fā)成功用于系統(tǒng)與電源子系統(tǒng)之間的主板和支架（board-and-shelf）通信。另外，參照設(shè)計(jì)是由圖形用戶界面（GUI）和源代碼實(shí)例支持，以加數(shù)字電源的設(shè)計(jì)和評估。

　　 1.3、值此以UCD9111，UCD9112為例對數(shù)字脈寬調(diào)制控制器基本架構(gòu)作介紹

　　 當(dāng)今數(shù)字脈寬調(diào)制控制器UCD9K提供了全數(shù)字的電源管理能力，可關(guān)閉數(shù)字域內(nèi)的多個(gè)反饋回路以及用于集成監(jiān)控、通信、配置及監(jiān)測的相關(guān)．以UCD9111，UCD9112為例討論基本架構(gòu)UCD9111，UCD9112隸屬于UCD9K系列．UCD9111單相UCD9111與雙相UCD9112控制器采用175ps分辨率的數(shù)字脈寬調(diào)制器（PWM），并可通過圖形用戶界面GUI）進(jìn)行全面配置，從而無需單獨(dú)進(jìn)行軟件編程即可對負(fù)載點(diǎn)電源轉(zhuǎn)換進(jìn)行監(jiān)控與管理。GUI配置功能使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)﹄娫措妷�、電流閾值與響應(yīng)、軟啟動(dòng)、容限、環(huán)路補(bǔ)償以及眾多的其它功能進(jìn)行智能管理。圖2（a）為UCD9111／12結(jié)構(gòu)示意框圖。

[$page]　　＊主要特點(diǎn)為：數(shù)字同步壓降PWM控制器，PWM分辨率為175ps；數(shù)字控制，帶可編程PID補(bǔ)償；VouT可調(diào)．從Vin的1％至99％；可編程設(shè)定轉(zhuǎn)換頻率，最高可達(dá)2MHz／相位；可編程軟件啟動(dòng)及軟件停止；可支持預(yù)先偏置輸出；0.5％內(nèi)置微調(diào)800mV基準(zhǔn)；Vin可調(diào)