數(shù)字電源芯片

芯片公司對數(shù)字電源的定義是五花八門。有些公司認(rèn)為，數(shù)字電源包含了圍繞一個模擬PWM(脈沖寬度調(diào)制)回路的數(shù)字功能與通信鏈接。其它公司稱，數(shù)字電源是一種內(nèi)置數(shù)字PWM芯片的狀態(tài)機(jī)。還有一些公司表示，數(shù)字電源包括了一個通用DSP，DSP運行著一個閉合控制回路的算法。

十年來學(xué)術(shù)意義上的真正數(shù)字電源，則擁有一個數(shù)字PWM回路，并帶有一個狀態(tài)機(jī)或一只DSP。一只模擬PWM器件上加上一個串行總線并不能成為數(shù)字電源。不過，數(shù)字電源可以免除或消除對某些元件的要求，從而可以降低成本。

你可以為一只DSP加一個FET驅(qū)動芯片和一些代碼，以控制渦輪風(fēng)機(jī)的扇葉角度和變頻器，基本上這就是簡單的數(shù)字電源了。例如，德州儀器公司十多年前就開始為其DSP提供電源庫。該公司現(xiàn)在生產(chǎn)多個系列基于DSP的電源芯片(圖2)。CamSemi公司嘗試減少器件數(shù)，提供5W C2161PX2 ac/dc控制器，它采用反饋變壓器上的一個檢測繞組，而不是昂貴的光耦(參考文獻(xiàn)2與圖3)。數(shù)字電源不用二極管來檢測反饋波形，當(dāng)檢測繞組的反饋信號為負(fù)值，以及不表示次級的輸出電壓時，就消除這個信號。至于降低成本，Exar公司制造了16A的XRP7740數(shù)字電源芯片，可為機(jī)頂盒或數(shù)據(jù)服務(wù)器提供多個電源軌(圖4)。Exar公司擁有芯片方面的很多專利，包括將一小塊片芯區(qū)域用于一個實用的控制回路(參考文獻(xiàn)3)。這樣，Exar公司的芯片定價就能與模擬芯片競爭。

圖2，你可以編譯德州儀器公司任何DSP的數(shù)字電源庫，或用一只該公司專用芯片，做出數(shù)字電源系統(tǒng)。TI還制造采用狀態(tài)機(jī)的數(shù)字電源芯片。

圖3，CamSemi公司提供5W的開關(guān)電源控制芯片，它有一個替代線性電源的雙極晶體管。開關(guān)設(shè)計有更高的效率，使用銅線也較少，因此降低了成本。

圖4，Exar公司的XRP7740可在四個通道上提供16A輸出電流。聰明的IC設(shè)計使得芯片很小，因此該公司提供的芯片價格能與模擬方案相競爭。

數(shù)字電源還可以完成逐周期的回路補償。例如，Intersil公司的數(shù)字電源管理集團(tuán)Zilker Labs最近就推出了ZL6105，它采用了一個狀態(tài)機(jī)來完成逐周期的自動補償工作(圖5)。另一個例子是，新興的Powervation公司用一個數(shù)字電源ASIC，完成電源的逐周期補償(圖6)。這種實時的回路補償是數(shù)字芯片較其模擬對手的主要優(yōu)勢。這些數(shù)字電源控制器可以跟蹤由于老化和干涸所造成的電解電容降級問題。如果你將部件設(shè)計成一塊電源磚，則數(shù)字控制器可以檢測磚的輸入輸出電容，并在每個周期作補償。其它數(shù)字電源芯片可以做一次性的自補償周期，幫助創(chuàng)建數(shù)字補償濾波器的因數(shù)。

圖5，可以手動設(shè)定Zilker Labs公司ZL6105演示板的補償，但這樣做并非理想的方案 (a)。當(dāng)你打開自動補償時，可改進(jìn)設(shè)計的瞬態(tài)響應(yīng)穩(wěn)定性 (b)。

圖6，為提高輕載時的效率，Powervation公司的數(shù)字電源芯片可以去掉一個相。然后，即使在單一相位時，自動補償功能也能維持滿回路帶寬

當(dāng)對一個系統(tǒng)作測試和驗證(以確定能在生命周期內(nèi)正常工作)期間，數(shù)字電源還提供了在一個區(qū)間上余量可變的電源輸出電壓。例如，英飛凌公司旗下Primarion集團(tuán)提供的PX7510就可通過PMBus(電源管理總線)完成余量設(shè)定和其它操作。思科系統(tǒng)公司DSSG(數(shù)據(jù)中心、交換以及服務(wù)集團(tuán))的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)Bob Thomas稱：“余量可以讓我們驗證當(dāng)輸出電壓超出設(shè)定的極限時，系統(tǒng)的電氣性能與熱性能情況。”