電源行業(yè)目前正在從模擬控制向數(shù)字控制過渡,尤其是在高性能電源設(shè)計方面。事實(shí)上,數(shù)字控制器現(xiàn)在控制著服務(wù)器中使用的大多數(shù) AC/DC 電源。 與模擬控制器相比,數(shù)字控制器提供了更大的靈活性和性能。但是那些從模擬控制切換到數(shù)字解決方案的人面臨著新的挑戰(zhàn),其中連續(xù)信號由離散格式表示:1 或 0。在這個博客系列中,我將提供設(shè)計數(shù)字控制電源的實(shí)用指南。
我以德州儀器 (TI) 的UCD3138為例介紹了如何設(shè)計數(shù)字電源 ,并重點(diǎn)介紹了硬件設(shè)計。在本期中,我將解釋如何編寫固件以使其工作。 與模擬電源轉(zhuǎn)換器設(shè)計通過硬件控制一切不同,固件是數(shù)字控制的“靈魂”;幾乎所有主要功能都是通過代碼實(shí)現(xiàn)的。由于代碼受到實(shí)時限制,中央處理器 (CPU) 帶寬有限,因此具有組織良好的固件結(jié)構(gòu)非常重要。
在低成本電子產(chǎn)品的殘酷世界中,多輸出反激式電源具有幾個市場優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括:固有的可靠性(更少的組件意味著更少的故障機(jī)會)、良好的外形尺寸(對于給定的輸出功率而言尺寸更小)和低成本。
ISL81401 和 ISL81401A 是 4 開關(guān)同步降壓-升壓控制器,兩端均具有峰值和平均電流檢測和監(jiān)控功能。ISL81401 是一種雙向器件,可以在兩個方向上傳導(dǎo)電流,而 ISL81401A 是一種單向器件。ISL81401 和 ISL81401A 使用專有的降壓-升壓控制算法,具有用于升壓模式的谷值電流調(diào)制和用于降壓模式控制的峰值電流調(diào)制。
UCC28056 器件基于創(chuàng)新的混合模式方法驅(qū)動 PFC 升壓級,該方法在滿負(fù)載時以轉(zhuǎn)換模式 (TM) 運(yùn)行,并在降低負(fù)載時無縫轉(zhuǎn)換到非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM),從而自動降低開關(guān)頻率。該器件采用突發(fā)模式操作,可進(jìn)一步提高輕負(fù)載性能,使系統(tǒng)能夠滿足具有挑戰(zhàn)性的能源標(biāo)準(zhǔn),同時無需關(guān)閉 PFC。UCC28056 可驅(qū)動高達(dá) 300 W 的 PFC 功率級,確保具有低失真的正弦線路輸入電流,接近單位功率因數(shù)。與 LLC 控制器UCC256403/4和雙同步整流器控制器UCC24624 一起使用時可以實(shí)現(xiàn)低于 80 mW 的系統(tǒng)待機(jī)功率,從而使 PFC 始終開啟架構(gòu)并消除對輔助轉(zhuǎn)換器的需求。這與 FET 漏谷開啟和簡單的升壓電感器一起允許最少的組件數(shù)量并降低系統(tǒng)成本。
BQ25672 是一款完全集成的開關(guān)模式降壓充電器,適用于 1-4 節(jié)鋰離子電池和鋰聚合物電池。在 OTG 模式下運(yùn)行時,BQ25672 還能夠在 VBUS 上產(chǎn)生 5V 至 12V 的降壓-升壓輸出電壓。該集成包括開關(guān) MOSFET、輸入和充電電流檢測電路、電池 FET 以及轉(zhuǎn)換器的所有環(huán)路補(bǔ)償。它使用 NVDC 電源路徑管理,調(diào)節(jié)系統(tǒng)不低于可配置的最小系統(tǒng)電壓。當(dāng)系統(tǒng)功率超過輸入源額定值時,電池補(bǔ)充模式支持系統(tǒng)而不會使輸入源過載。它還使用其內(nèi)置的 V OC縮放 MPPT 算法最大限度地提高光伏電池板的功率。
它提供了非常緊湊的解決方案,在寬輸入電壓(VIN)范 圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 12A 的輸出電流(IOUT),并具有出色的 負(fù)載和線性調(diào)整率。MP8792在輸出電流 (IOUT)負(fù)載范圍內(nèi)可高效工作。 MP8792采用具有內(nèi)部補(bǔ)償功能的恒定導(dǎo)通 時間控制模式(COT),可提供快速瞬態(tài)響應(yīng), 并使環(huán)路更易穩(wěn)定。通過MODE引腳配置,MP8792的開關(guān)頻率(fSW)可設(shè)置為 600kHz、800kHz 或 1000kHz, 且無論輸入、輸出電壓如何,頻率始終保持恒 定。
在設(shè)計任何系統(tǒng)時,我們通常必須設(shè)計電源以滿足我們的要求。一種非常流行的解決方案是采用開關(guān)模式電源(或 SMPS),因為它們的效率非常高。然而,在保持低成本的同時設(shè)計 SMPS 非常具有挑戰(zhàn)性,更不用說通過開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生不穩(wěn)定環(huán)路的風(fēng)險了。在任何電力系統(tǒng)中,總是存在輸出短路的風(fēng)險。在這種情況下,有必要保護(hù)系統(tǒng)不因電流增加而損壞。
氮化鎵 (GaN) 晶體管開關(guān)速度快,我檢查了LMG5200半橋 GaN 驅(qū)動器,并表明它能夠?qū)崿F(xiàn) 600ps 或更短的開關(guān)上升時間。在工作臺上,我測量了每納秒 40V 的開關(guān)節(jié)點(diǎn) dv/dt!這比我使用的典型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器高約 30 倍,雖然這有助于降低開關(guān)損耗,但它確實(shí)使?jié)M足電磁兼容性 (EMC) 的挑戰(zhàn)更加困難。為什么?因為電壓和電流的變化率會激活寄生電路元件,從而產(chǎn)生輻射和傳導(dǎo)噪聲的噪聲源。
我們肯定希望我們使用的微處理器始終保持最佳性能,想象一下,我們的微處理器的電源由一個開關(guān)模式電源和一個線性穩(wěn)壓器組成,這使得功耗最小。該系統(tǒng)的框圖如下圖 1 所示。
大家知道,由于在效率、集成度、靈活性上的優(yōu)勢,今天的電源設(shè)計中,開關(guān)穩(wěn)壓器的使用越來越普遍,但是噪聲大、更容易產(chǎn)生EMI問題,則是開關(guān)穩(wěn)壓器天生的“短板”。 究其原因,這是因為開關(guān)穩(wěn)壓器工作時需要不斷開關(guān)電流,這些電流通常比較大,而每當(dāng)電流流動時,就會產(chǎn)生磁場,大電流的快速開關(guān)就會產(chǎn)生交變磁場;同時,由于電流路徑中存在寄生電感,在開關(guān)時也會產(chǎn)生電壓失調(diào)??梢韵胍?,電流的變化會容性耦合到相鄰的電路部件中,增加電源的噪聲輻射。
電流源的內(nèi)阻相對負(fù)載阻抗很大,負(fù)載阻抗波動不會改變電流大小。在電流源回路中串聯(lián)電阻無意義,因為它不會改變負(fù)載的電流,也不會改變負(fù)載上的電壓。在原理圖上這類電阻應(yīng)簡化掉。負(fù)載阻抗只有并聯(lián)在電流源上才有意義,與內(nèi)阻是分流關(guān)系。由于內(nèi)阻等多方面的原因,理想電流源在真實(shí)世界是不存在的,但這樣一個模型對于電路分析是十分有價值的。實(shí)際上,如果一個電流源在電壓變化時,電流的波動不明顯,我們通常就假定它是一個理想電流源。
為什么監(jiān)控電壓很重要?我們知道監(jiān)控電壓軌可以幫助我們防止掉電、檢測過壓事件、測量電池電量并幫助我們實(shí)施整體診斷策略。本文將介紹如何實(shí)施電壓監(jiān)控。有四種關(guān)鍵方法:
設(shè)計合理的Fly-Buck ?電路因其易用性、小解決方案尺寸、電流隔離、寬輸入電壓范圍和低總體材料成本而得到證明,既方便又不可或缺。 例如,可編程邏輯控制器 (PLC) 、現(xiàn)場變送器、傳感器和過程儀表、工業(yè)通信、人機(jī)界面 (HMI)和基于 IGBT 的電機(jī)驅(qū)動器都具有非常適合 Fly-Buck 電路的獨(dú)特電源解決方案要求。隨著要求嚴(yán)苛的隔離應(yīng)用的實(shí)現(xiàn),符合監(jiān)管規(guī)范是越來越重要的電源解決方案基準(zhǔn)。例如,IEC 61000-4 系統(tǒng)級 EMC規(guī)范中的各種測試與低頻和高頻干擾(ESD、EFT/突發(fā)、雷電浪涌以及傳導(dǎo)和輻射射頻抗擾度)有關(guān)。
設(shè)計人員經(jīng)常面臨保護(hù)電源免受突然短路或持續(xù)高電流消耗的挑戰(zhàn),因為負(fù)載在許多工業(yè)和汽車應(yīng)用中的行為可能無法預(yù)測。低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器通常為這些負(fù)載供電,但沒有內(nèi)置保護(hù)。在這篇文章中,我們將討論一個有效增加 LDO 穩(wěn)壓器阻抗的概念,從而保護(hù)輸入免受不可預(yù)測的負(fù)載條件的影響。