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

從通信和控制到支持網(wǎng)絡(luò)化的工廠和高效的智能制造，被稱(chēng)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(guò)在終端設(shè)備內(nèi)的通信和控制和/或裁剪來(lái)實(shí)現(xiàn)在獨(dú)立應(yīng)用中的靈活性和效率，在終端設(shè)備開(kāi)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(dú)立的應(yīng)用程序和設(shè)備中時(shí)，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(shí)現(xiàn)方式。更常見(jiàn)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(gè)數(shù)字接口，通過(guò)通信總線提供信號(hào)和警報(bào)以及各種級(jí)別的控制。

帶數(shù)字接口的模擬電源

簡(jiǎn)單、低成本的微控制器也已在電力應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了許多年的功能，如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制、保護(hù)功能和報(bào)警檢測(cè)。

越來(lái)越多的制造商正在使用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)通過(guò)微控制器進(jìn)行電力系統(tǒng)控制，從而帶來(lái)更高級(jí)的功能，大大增強(qiáng)了靈活性，實(shí)現(xiàn)允許用戶(hù)可編程的特性和特征。

數(shù)字電源

毫無(wú)疑問(wèn)，與現(xiàn)成的模擬控制器相比，數(shù)字信號(hào)處理器的成本更高，但隨著時(shí)間的推移，能夠?qū)崿F(xiàn)全數(shù)字信號(hào)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(gè)越來(lái)越有吸引力和可取的解決方案，因?yàn)樗峁┝孙@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(jì)原理與離散時(shí)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(jì)和開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)充分證明和理解。

雖然開(kāi)發(fā)、記錄、驗(yàn)證和批準(zhǔn)高效、可靠的固件需要大量的時(shí)間和資源來(lái)確?？煽康碾娫?，一旦進(jìn)行了初步投資，就可以實(shí)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(tái)上重用固件，而改動(dòng)相對(duì)較小。

數(shù)字控制回路的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)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(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，以進(jìn)一步提高精度，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電源系統(tǒng)的性能，并調(diào)整參數(shù)，以便在工作點(diǎn)進(jìn)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(hào)處理(DSP)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

全數(shù)字電源能夠提供無(wú)與倫比的靈活性和可調(diào)節(jié)性，以適應(yīng)廣泛的應(yīng)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(yīng)。

數(shù)字信號(hào)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(dá)到0-105-110%。它們簡(jiǎn)化了恒流過(guò)載特性的實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)代諧振開(kāi)關(guān)拓?fù)渲?，恒流過(guò)載特性是復(fù)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(diǎn)實(shí)現(xiàn)最佳性能，這是一項(xiàng)極其復(fù)雜的任務(wù)，如果不是不可能的話，在傳統(tǒng)的具有固定硬件驅(qū)動(dòng)和補(bǔ)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(shí)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(kāi)發(fā)階段利用，以?xún)?yōu)化應(yīng)用程序的供應(yīng)特性，而不需要硬件更新。

DSP還允許用戶(hù)在軟件中確定啟動(dòng)斜坡時(shí)間、軟啟動(dòng)特性和回轉(zhuǎn)率，這是導(dǎo)致傳統(tǒng)控制系統(tǒng)硬件改變的另一個(gè)特性。

用戶(hù)可通過(guò)軟件設(shè)置輸入過(guò)壓/欠壓、輸出過(guò)壓/欠壓、輸出欠流/過(guò)流、溫度報(bào)警和故障條件等報(bào)警等級(jí)和故障條件，以適應(yīng)應(yīng)用。DSP的使用還允許用戶(hù)指定應(yīng)用于單個(gè)警告或故障條件的響應(yīng)類(lèi)型和延遲時(shí)間。警告或故障條件下的選項(xiàng)可能會(huì)有所不同，例如持續(xù)操作一小段延遲，然后禁用、無(wú)限期繼續(xù)操作、禁用和重試(包括重試次數(shù)和關(guān)機(jī)前重試間隔時(shí)間)以及在確定或禁用和鎖定時(shí)禁用和恢復(fù)，所有功能都由用戶(hù)來(lái)選擇。

數(shù)字控制系統(tǒng)還允許用戶(hù)設(shè)置信號(hào)、警報(bào)和控制的極性，以滿足系統(tǒng)需求。一個(gè)很好的例子是通過(guò)切換數(shù)字開(kāi)關(guān)，將遠(yuǎn)程開(kāi)/關(guān)控制設(shè)置為禁用或啟用。

來(lái)自電源系統(tǒng)的信息可通過(guò)通信接口隨時(shí)獲取，以便報(bào)告和狀態(tài)，如型號(hào)、版本、序列號(hào)、運(yùn)行時(shí)間、工作溫度和故障/事件日志。

這種靈活性和用戶(hù)控制的水平是可能的，因?yàn)閿?shù)字電源應(yīng)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(gè)切換周期的一小部分、每個(gè)切換周期內(nèi)執(zhí)行。在下面的簡(jiǎn)化示例中，每個(gè)開(kāi)關(guān)周期對(duì)輸出電壓采樣一次。典型的ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間是幾百納秒。