數(shù)字信號處理（DSP）控制在電源和電源系統(tǒng)中的應用帶來了巨大的效益

從通信和控制到支持網(wǎng)絡化的工廠和高效的智能制造，被稱為工業(yè)4.0、第四次工業(yè)革命或更廣泛地作為物聯(lián)網(wǎng)(IOT)，通過在終端設(shè)備內(nèi)的通信和控制和/或裁剪來實現(xiàn)在獨立應用中的靈活性和效率，在終端設(shè)備開發(fā)階段提供電源，以確保高效集成和優(yōu)化性能特性。

在這里，我們將介紹在將電源和電源系統(tǒng)集成到連接和獨立的應用程序和設(shè)備中時，真正的數(shù)字控制所提供的背景、可能性和好處。

背景

電源和電源系統(tǒng)中的數(shù)字控制大致分為兩種實現(xiàn)方式。更常見的方法是在傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)和外部世界之間建立一個數(shù)字接口，通過通信總線提供信號和警報以及各種級別的控制。

帶數(shù)字接口的模擬電源

簡單、低成本的微控制器也已在電力應用中實現(xiàn)了許多年的功能，如風扇轉(zhuǎn)速控制、保護功能和報警檢測。

越來越多的制造商正在使用數(shù)字信號處理(DSP)通過微控制器進行電力系統(tǒng)控制，從而帶來更高級的功能，大大增強了靈活性，實現(xiàn)允許用戶可編程的特性和特征。

數(shù)字電源

毫無疑問，與現(xiàn)成的模擬控制器相比，數(shù)字信號處理器的成本更高，但隨著時間的推移，能夠?qū)崿F(xiàn)全數(shù)字信號處理器控制的微控制器的成本已經(jīng)降低，使得這成為一個越來越有吸引力和可取的解決方案，因為它提供了顯著的好處，特別是隨著額定功率的增加。所需的混合域架構(gòu)，將功率模擬設(shè)計原理與離散時間域或z域(而非頻率域或s域)中的有效代碼和控制回路的穩(wěn)定性相結(jié)合，已被主要電力制造商的產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)團隊充分證明和理解。

雖然開發(fā)、記錄、驗證和批準高效、可靠的固件需要大量的時間和資源來確保可靠的電源，一旦進行了初步投資，就可以實現(xiàn)數(shù)字電源的顯著好處，并能夠在范圍廣泛的產(chǎn)品和平臺上重用固件，而改動相對較小。

數(shù)字控制回路的優(yōu)點是對環(huán)境、溫度、老化和部件公差的變化不敏感。它們可以在制造點進行校準，以進一步提高精度，并且能夠?qū)崟r監(jiān)測電源系統(tǒng)的性能，并調(diào)整參數(shù)，以便在工作點進行優(yōu)化性能調(diào)整，從而提高效率和減少功率損耗。

數(shù)字信號處理(DSP)的特點和優(yōu)點

全數(shù)字電源能夠提供無與倫比的靈活性和可調(diào)節(jié)性，以適應廣泛的應用，而不需要傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng)所要求的硬件變化和適應。

數(shù)字信號處理器(DSP)控制回路根據(jù)需要調(diào)整轉(zhuǎn)換器的工作模式，使輸出電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍達到0-105-110%。它們簡化了恒流過載特性的實現(xiàn)，在現(xiàn)代諧振開關(guān)拓撲中，恒流過載特性是復雜和昂貴的，而不需要犧牲效率。這就需要在同一功率轉(zhuǎn)換階段采用多種切換方案和控制算法，以在所需的工作點實現(xiàn)最佳性能，這是一項極其復雜的任務，如果不是不可能的話，在傳統(tǒng)的具有固定硬件驅(qū)動和補償方案的模擬控制方案中也是如此。這種寬范圍控制可以實現(xiàn)為持續(xù)可變的電源，以最大限度地提高系統(tǒng)靈活性和效率，或者在系統(tǒng)開發(fā)階段利用，以優(yōu)化應用程序的供應特性，而不需要硬件更新。

DSP還允許用戶在軟件中確定啟動斜坡時間、軟啟動特性和回轉(zhuǎn)率，這是導致傳統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件改變的另一個特性。

用戶可通過軟件設(shè)置輸入過壓/欠壓、輸出過壓/欠壓、輸出欠流/過流、溫度報警和故障條件等報警等級和故障條件，以適應應用。DSP的使用還允許用戶指定應用于單個警告或故障條件的響應類型和延遲時間。警告或故障條件下的選項可能會有所不同，例如持續(xù)操作一小段延遲，然后禁用、無限期繼續(xù)操作、禁用和重試(包括重試次數(shù)和關(guān)機前重試間隔時間)以及在確定或禁用和鎖定時禁用和恢復，所有功能都由用戶來選擇。

數(shù)字控制系統(tǒng)還允許用戶設(shè)置信號、警報和控制的極性，以滿足系統(tǒng)需求。一個很好的例子是通過切換數(shù)字開關(guān)，將遠程開/關(guān)控制設(shè)置為禁用或啟用。

來自電源系統(tǒng)的信息可通過通信接口隨時獲取，以便報告和狀態(tài)，如型號、版本、序列號、運行時間、工作溫度和故障/事件日志。

這種靈活性和用戶控制的水平是可能的，因為數(shù)字電源應用的最新微控制器包含DSP功能，允許數(shù)字控制環(huán)路在一個切換周期的一小部分、每個切換周期內(nèi)執(zhí)行。在下面的簡化示例中，每個開關(guān)周期對輸出電壓采樣一次。典型的ADC轉(zhuǎn)換時間是幾百納秒。