為什么數(shù)字控制是解決問題的辦法呢?數(shù)字控制能解決問題,是因為它具有比模擬控制更好的性能、更靈活且在復(fù)雜的設(shè)計中更易用。數(shù)字控制發(fā)揮了模擬控制的優(yōu)點,并超越模擬控制。

想象一下使用同樣的電源元器件,包括相同的FET、電感器、電容器,把使用模擬控制器和數(shù)字控制的系統(tǒng)性能做個比較。起初,你自然會想到,既然性能是由元器件決定的,很難說性能會有什么差別。

下面是一些例子。

1.瞬態(tài)響應(yīng):控制機制極大影響了系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)。例如,與電流模式相比,磁滯控制器的瞬態(tài)響應(yīng)會有很大不同。

每種控制模式都既有優(yōu)點,也有缺點。數(shù)字解決方案讓你能無縫地從一種模式轉(zhuǎn)換到另一種模式,以提供最優(yōu)的瞬態(tài)響應(yīng)。

雖然模擬解決方案可以提供很好的點方案,但極少出現(xiàn)足夠靜態(tài)的工作狀況,讓你能實現(xiàn)所設(shè)想的點方案。2.調(diào)節(jié)精度:一般來說,調(diào)節(jié)精度是根據(jù)線電壓、負(fù)載和溫度來定義的,因為這些條件中的每一個都會影響調(diào)節(jié)精度。

數(shù)字控制器可以監(jiān)視這些條件,并采取控制措施,在整個工作條件范圍內(nèi)進行優(yōu)化。3.穩(wěn)定性:數(shù)字控制能夠提供比模擬方案更好的補償(更好地調(diào)用極點和零點),因此在穩(wěn)定性上的控制要好很多。

另外,補償能夠隨著條件的變化而變化,使系統(tǒng)能在很寬范圍的條件下實現(xiàn)最佳的穩(wěn)定性。模擬控制器的補償是固定的,而數(shù)字控制可提供可調(diào)的甚至是自適應(yīng)的補償。

4.故障響應(yīng):數(shù)字電源控制器提供了大量故障響應(yīng)的選項。每種故障都有唯一的響應(yīng)特性,可根據(jù)用戶的需求進行調(diào)整。

模擬控制器一般只有一個固定的故障響應(yīng)(如斷電/斷續(xù)/過載),用戶也只能選擇用或者不用。數(shù)字控制還能提供濾波器功能,降低虛假故障的可能。

5.效率:許多控制結(jié)果都會影響到效率,包括死區(qū)時間、開關(guān)頻率、柵極驅(qū)動等級、二極管仿真、加相和缺相等。針對這些因素,當(dāng)前數(shù)字控制所提供的數(shù)字控制算法在整個工作條件范圍內(nèi)進行了優(yōu)化。

因此,在某個工作點下,你也許能將模擬控制器調(diào)整到很高的效率,但數(shù)字控制器卻可對所有的工作點進行優(yōu)化。6.可靠性:減少元件數(shù)量、降低工作溫度(通過效率優(yōu)化)是數(shù)字電源提高系統(tǒng)可靠性的兩個途徑。

此外,靈活的故障響應(yīng)和探測元器件參數(shù)微小變化的能力,可以大幅減少停機時間。實際情況是,對大多數(shù)簡單的設(shè)計和基本要求來說,數(shù)字控制可能有點大材小用。

當(dāng)然,數(shù)字電源控制的靈活程度足以應(yīng)付這些簡單的應(yīng)用,其功能可能超出實際所需。另一方面,最復(fù)雜的設(shè)計需要完整的特性集,很難找到不增加很多電路就能勝任此項任務(wù)的模擬控制器。

此時,數(shù)字控制器顯然是備受歡迎的解決辦法。數(shù)字電源控制器適用于各種各樣的應(yīng)用,無需借助附加電路。

從這個意義上說,這項技術(shù)的靈活性要遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的模擬技術(shù)。數(shù)字電源控制一般比模擬控制器具有更高的集成度。

但是,集成度還不足以滿足設(shè)計重用和靈活性的要求。元件數(shù)值也需要靈活可變。

設(shè)想一下,一個典型模擬補償器的補償元件(電阻和電容器)被集成到控制器中,電阻和電容器的值是固定的。把這些元件集成進來,實際上降低了控制器的靈活性,除非采取某種辦法,能夠調(diào)節(jié)元件的數(shù)值,適應(yīng)應(yīng)用的要求。

例如在數(shù)字控制器里,補償器被集成到控制器中,補償參數(shù)存放在控制器存儲器中的數(shù)字寄存器當(dāng)中。若要改變補償參數(shù),只需簡單地改變寄存器里的數(shù)值。

數(shù)字電源控制器在易用性方面比模擬控制器更有優(yōu)勢。首先,由于數(shù)字電源控制的高集成度,需要確定、采購、跟蹤的元器件數(shù)量要少很多,這使得數(shù)字電源控制器非常容易使用。

其次,集成元件的數(shù)值由數(shù)字寄存器定義,寄存器里的數(shù)值可以很容易地通過器件的引腳或數(shù)字通信接口和圖形用戶界面進行修改。在后面的例子還將說明,對設(shè)計進行配置只是點擊鼠標(biāo)這樣簡單的事情。

這要比模擬方案要容易得多,因為模擬方案還需要用電烙鐵和成箱的元器件。當(dāng)你重新設(shè)計和優(yōu)化的時候,每改變一次元器件的數(shù)值,都會增加設(shè)計風(fēng)險。

最后,數(shù)字控制器更容易使用,因為你可以用幾個數(shù)字就把設(shè)計搞定,而且用數(shù)字方式進行設(shè)計也更容易。下面的幾個例子可用來說明這一點。

模擬電阻和電容器只有正的數(shù)值。把這些功能/數(shù)值用數(shù)字方式集成進來,就消除了這個限制,這樣就更容易采用原先在模擬域很難采用的方案。

補償是一個非常好的例子。數(shù)字補償?shù)墓δ芤h(yuǎn)遠(yuǎn)多于模擬補償,例如高Q值電路的電壓模式控制很容易用數(shù)字控制器實現(xiàn),但幾乎不可能用模擬控制器來實現(xiàn)。

優(yōu)化算法以提高性能。模擬設(shè)計傾向于點方案,但負(fù)載、電壓源、環(huán)境條件很少是固定的。

因此,可以采用優(yōu)化算法,對在這些變化條件下的性能進行優(yōu)化。這些算法很容易在數(shù)字控制里,用嵌入式微控制器和非揮發(fā)性存儲器來實施。

數(shù)字控制器中的自發(fā)現(xiàn)算法把設(shè)計者從費時的系統(tǒng)標(biāo)識中解放出來。比如,自動補償是今年發(fā)布的很多數(shù)字控制器上的新功能之一。

控制器會確定受控裝置的特性,并采用適合那個特定裝置的的配置。由于元器件的數(shù)值、運行狀態(tài)、環(huán)境條件被存儲在數(shù)字寄存器里,因此可進行遙測,并且也容易使用該功能。

系統(tǒng)能夠很快診斷出故障,用很短的指令改變運行參數(shù),使系統(tǒng)啟動并運行。借用一句中國的諺語:"不改弦更張,便會重蹈覆轍"。

如果我們找不出應(yīng)對功率轉(zhuǎn)換挑戰(zhàn)的辦法,前景恐怕不妙。數(shù)字電源的出現(xiàn)恰逢其時,為我們提供了急需的金剛鉆。