在數(shù)字控制電源中應(yīng)該如何高效的調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)電壓

現(xiàn)實(shí)生活中有許多應(yīng)用的動(dòng)態(tài)變化電壓也是有利的。例如控制直流電機(jī)、操作執(zhí)行器，或驅(qū)動(dòng) Peltier 元件進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)是指動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)生成的電壓，對(duì)于許多應(yīng)用，這種調(diào)節(jié)非常有幫助，甚至是必要的。特別是在數(shù)字控制電源中，DVS 很常見(jiàn)，也很容易實(shí)現(xiàn)。

穩(wěn)壓器一般用于生成恒定的輸出電壓。利用控制環(huán)路，可通過(guò)未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓生成穩(wěn)定、精準(zhǔn)的輸出電壓。動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)(DVS)有什么作用?

動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)意味著可以在運(yùn)行期間調(diào)節(jié)電源的輸出電壓。進(jìn)行此類(lèi)調(diào)節(jié)有多種原因。

在輕載運(yùn)行條件下，提高 PFC 級(jí)的轉(zhuǎn)換效率

用于功率補(bǔ)償?shù)墓β室驍?shù)校正(PFC)級(jí)，可將電網(wǎng)電壓的交流電壓提升至直流中間電路電壓。在 240 V 交流系統(tǒng)中，這種中間電路電壓一般為 380 V，如圖 1 所示。ADP1047 PFC 控制器可以使用 DVS，在不影響設(shè)定的 380 V 電壓的情況下獨(dú)立降低輸出電壓負(fù)載，例如，降低至 360 V。在采用部分負(fù)載運(yùn)行期間，此舉可以提高電源的轉(zhuǎn)換效率。

圖 1. 帶下游 ADP1046 直流 - 直流轉(zhuǎn)換器的 ADP1047 PFC 級(jí)

微控制器在各種工作狀態(tài)下高效運(yùn)行

另一個(gè) DVS 使用示例如圖 2 所示。在此示例中，ADP2147 降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器為數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)供電。在許多應(yīng)用中，都可以使用微控制器、DSP 或 FPGA 來(lái)提高系統(tǒng)效率，方法是：在處理器處于待機(jī)模式時(shí)降低內(nèi)核電壓。在 VDD_INT 電壓(內(nèi)核電壓)降低(例如，在 DSP 在低負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，從 1.2 V 降低至 1.0 V)時(shí)，多種 DSP，包括 ADI 提供的 ADSP-BF527 都可以更高效地運(yùn)行。處理器的功耗在很大程度上與其時(shí)鐘頻率和工作電壓的平方成比例。將 ADSP-BF527 的電源電壓降低 25%，動(dòng)態(tài)功耗會(huì)降低超過(guò) 40%。ADI 的許多 DSP 都具有類(lèi)似特性。

圖 2. 具有 DVS 功能的 ADP2147 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可實(shí)現(xiàn) ADSP-BF527 的高效運(yùn)行

改善負(fù)載瞬態(tài)后的恢復(fù)速度

如之前的兩個(gè)示例所示，使用 DVS 的常見(jiàn)原因是提高效率或降低損耗。但是，也存在其他一些有趣的應(yīng)用。許多系統(tǒng)都要求采用經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)的電源電壓。對(duì)于圖 3 所示的電壓范圍，可以使用 1.2 V 內(nèi)核電壓。該電壓可以為 1.2 V ± 10%。在這個(gè)示例中，在靜態(tài)負(fù)載下和負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)都要保持電壓不變。如果將反饋控制設(shè)置在允許范圍的中間，一半范圍適用于靜態(tài)誤差源，也適用于負(fù)載瞬態(tài)之后的動(dòng)態(tài)電壓變化。有一個(gè)小技巧，即在低負(fù)載時(shí)稍微提高輸出電壓，在高負(fù)載時(shí)稍微降低輸出電壓。在高負(fù)載情況下，有時(shí)會(huì)采用更低負(fù)載，此時(shí)一般出現(xiàn)小幅度電壓過(guò)沖?？梢酝ㄟ^(guò)稍微降低高負(fù)載的設(shè)定點(diǎn)電壓，將這種電壓過(guò)沖保持在允許范圍內(nèi)，如圖 3 所示。左側(cè)為高負(fù)載，右側(cè)為低負(fù)載。

圖 3. 基于負(fù)載電流動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電源電壓

相反的情況自然也適用。當(dāng)負(fù)載較低時(shí)，它在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)會(huì)上升。可能動(dòng)態(tài)出現(xiàn)電壓過(guò)沖。在低負(fù)載下，電壓稍微升高，因此仍保持在允許范圍內(nèi)。對(duì)于這種特性，通常稱之為電壓自動(dòng)定位。