圖1:模擬電源的數(shù)字管理實現(xiàn)該方法比真正的數(shù)字控制回路更容易實現(xiàn),同時還具備數(shù)字電源的眾多優(yōu)勢。使用現(xiàn)代控制器時,您會發(fā)現(xiàn)這些模塊集成在一個IC(例如MCP19119)中。
如何實現(xiàn)模擬電源的數(shù)字管理?
發(fā)布時間:2021-07-22 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用無處不在。小到使用升壓轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)紐扣電池(電量逐漸減?。╇妷旱谋銛y式設(shè)備,大到進行大量冗余AC-DC轉(zhuǎn)換的蜂窩基站:一切都需要電力。業(yè)界對數(shù)字電源的討論有很多;例如,將電源轉(zhuǎn)換移至軟件, 終用相應(yīng)軟件替代我們所有的電源硬件?,F(xiàn)實情況要復(fù)雜得多,動態(tài)性也要差得多。
電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用無處不在。小到使用升壓轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)紐扣電池(電量逐漸減?。╇妷旱谋銛y式設(shè)備,大到進行大量冗余AC-DC轉(zhuǎn)換的蜂窩基站:一切都需要電力。業(yè)界對數(shù)字電源的討論有很多;例如,將電源轉(zhuǎn)換移至軟件, 終用相應(yīng)軟件替代我們所有的電源硬件?,F(xiàn)實情況要復(fù)雜得多,動態(tài)性也要差得多。大多數(shù)電源轉(zhuǎn)換是(并將始終)在專用硬件中實現(xiàn)的。不過,隨著數(shù)字信號處理器(DSP)和數(shù)字配置控制器的功能越來越強大,對于精明的設(shè)計人員而言,可供其使用的選項和電源轉(zhuǎn)換功能也越來越多,更何況設(shè)計人員都不懼在固件編譯器方面挑戰(zhàn)一番。 的問題是時機;何時在設(shè)計過程中增加固件是值得的,何時使用傳統(tǒng)的模擬電源轉(zhuǎn)換更好?答案與其所涵蓋的電源轉(zhuǎn)換一樣,是不固定的。目前推動數(shù)字電源轉(zhuǎn)換投資的主要因素有四個: 、可靠性、動態(tài)負載管理和總擁有成本。
數(shù)據(jù) 功能是數(shù)字化電源的主要優(yōu)勢之一。在許多系統(tǒng)中,了解處理器負載電流、電池電壓或功率大小是有利的。這些信息可用于節(jié)制風(fēng)扇速度、管理系統(tǒng)冷卻或向用戶 狀態(tài)。在生成或獲取應(yīng)用程序時,該功能可以向中央系統(tǒng) 本地發(fā)電情況,或在耗電情況下 所需電能——這兩種情況均可使總體系統(tǒng)更為高效。今天,幾乎所有的備用電池或電池電源都使用某種形式的電量計量。在高性能計算應(yīng)用中,用戶可能希望看到系統(tǒng)電壓恰好能夠使微處理器超頻,或者數(shù)據(jù)中心可能只是想要監(jiān)測其(實質(zhì))電源預(yù)算花費在哪些方面。準確的電壓 比較常見,但準確的電流或準確的功率 則比較困難。后兩者均需要良好的測量電路,通常圍繞系統(tǒng)中某處的模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)建。此外,無論是采用I2C(TM)、SMBus(TM)、PMBus(TM)、智能電池、SPI還是任何其他方法(標準或?qū)S校?,都需?nbsp; 測量數(shù)據(jù)。這種測量和 需要數(shù)字電路,但實際上并不需要數(shù)字化的控制回路,因此可單獨實現(xiàn),即使用監(jiān)控電路(可能使用PIC12F18xx系列單片機)來監(jiān)控模擬電壓轉(zhuǎn)換器。電壓轉(zhuǎn)換也可以在PIC? MCU的獨立于內(nèi)核的外設(shè)(CIP)中完成,或者使用內(nèi)置MCU(例如MCP19xxx系列器件)的單片式模擬控制來完成。這些方法均可以實現(xiàn)數(shù)字 ,而且不需要數(shù)字控制回路,這通??杉涌煜到y(tǒng)設(shè)計。有了此類系統(tǒng),為進行 而添加一定級別的數(shù)字電路就變得很容易,并且可以圍繞模擬電源構(gòu)建。
圖1:模擬電源的數(shù)字管理實現(xiàn)該方法比真正的數(shù)字控制回路更容易實現(xiàn),同時還具備數(shù)字電源的眾多優(yōu)勢。使用現(xiàn)代控制器時,您會發(fā)現(xiàn)這些模塊集成在一個IC(例如MCP19119)中。
可提高系統(tǒng)的可靠性。硬件現(xiàn)在可以監(jiān)視異常行為,并進行通告,可在導(dǎo)致硬件故障之前檢測到問題。這樣一來,便可延長數(shù)據(jù)中心等高可靠性系統(tǒng)的正常運行時間。此外,還可使用數(shù)字控制回路進一步提高可靠性。模擬控制回路的補償取決于隨時間發(fā)生偏移的無源模擬組件。數(shù)字計算始終是相同的。不過,更大的優(yōu)勢在于能夠處理故障和錯誤。與純模擬控制電路相比,智能固件能夠采取更多措施來減輕或標記有問題的情況。更重要的是,它可以響應(yīng)這些錯誤。這可能意味著切換到冗余電源,或通知系統(tǒng)操作員設(shè)備需要修理。在系統(tǒng)層面上,這可以顯著提高可靠性。
使用數(shù)字通信接口時,應(yīng)用程序還能夠接收數(shù)字命令。這可以實現(xiàn)更精細的負載管理。自適應(yīng)電壓調(diào)整、電壓裕度調(diào)整,甚至僅僅是復(fù)雜的負載都需要具備對電源操作進行動態(tài)調(diào)整的能力。這些可以通過PMBus標準或智能電池協(xié)議等標準化命令來實現(xiàn);也可以通過I2C或SPI接口的專有命令實現(xiàn)。也可以根據(jù)環(huán)境溫度、輸入電壓或負載功率變化等環(huán)境測量值進行操作更改——無需任何外部通信。如果純模擬電源檢測到掉電并鎖定處理器電源,則數(shù)字控制器可能會降低輸出電壓,向處理器發(fā)出減慢速度的信號,然后減速處理,直到輸入恢復(fù)(緩慢的響應(yīng)優(yōu)于無響應(yīng))。系統(tǒng)也可以實時調(diào)整工作頻率,提高各負載條件下的效率,同時仍保持固定頻率操作的優(yōu)勢。與數(shù)據(jù) 類似,這些都是數(shù)字電路的典型應(yīng)用,但是(取決于所需的確切性能變化)它們并不總是需要數(shù)字電源控制。例如,Microchip的MIC24045模擬電源控制器可以使用I2C接口進行管理。除此之外,該器件可以動態(tài)調(diào)整輸出電壓或電流限值以適應(yīng)不斷變化的要求。
終決定通常取決于能否能降低總擁有成本。如果因數(shù)字電源所帶來的優(yōu)勢降低的總擁有成本高于所增加的系統(tǒng)成本(就開發(fā)時間和硬件而言),則數(shù)字電源明顯勝出。隨著數(shù)字控制變得越來越普遍,更優(yōu)異的設(shè)計工具使得數(shù)字控制設(shè)計變得越來越容易,數(shù)字控制變得越來越便宜和輕松。Microchip的軟件支持套件包括用于配置MCU的Microchip代碼配置器的圖形界面,以及用于生成代碼以仿真可輕松實現(xiàn)閉環(huán)的極點-零點放置的數(shù)字電源控制工具。這減少了創(chuàng)建數(shù)字電源控制所需的投資,數(shù)字解決方案在越來越多的應(yīng)用中起到關(guān)鍵作用。與此同時,隨著數(shù)字信號處理器速度的提高,瞬態(tài)響應(yīng)和操作變化也越來越快。通過不斷調(diào)整電源操作以適應(yīng)當(dāng)前的負載條件和溫度,數(shù)字電源可以在各種負載條件下保持較高的平均效率。這種效率優(yōu)勢直接轉(zhuǎn)化為發(fā)電應(yīng)用(例如太陽能逆變器)的利潤,也可以降低耗電應(yīng)用(例如數(shù)據(jù)中心或基站)的開銷成本。
圖2:模擬和數(shù)字控制回路實現(xiàn)對比(框圖層面)。如果電源滿足應(yīng)用需求,用戶始終不會了解其中的差別。
無論控制回路是模擬的還是數(shù)字的,只要其正常工作,用戶便不會了解其中的差別。如果應(yīng)用優(yōu)勢不存在,則使用數(shù)字控制回路或數(shù)字化控制器可能是沒有意義的。在這些情況下,有許多模擬電源解決方案可以滿足電路更小巧、更易于實現(xiàn)的應(yīng)用要求。電源模塊(包含硅控制器、功率MOSFET和磁性元件的集成封裝)正在提供振奮人心的集成選項,幾乎完全省去了電源設(shè)計工作。例如,MIC45404模塊只需使用兩個外部電容即可執(zhí)行12V至3.3V的轉(zhuǎn)換,輸出電流高達5A。與數(shù)字電源解決方案相比,這是一種非常 的電源轉(zhuǎn)換,而所需的惟一設(shè)計工作是電路板布線。在許多應(yīng)用中,這種簡單的方法將有助于產(chǎn)品更快上市,同時還能提供有效的DC-DC轉(zhuǎn)換。
能力越大,責(zé)任越大。與先前的模擬產(chǎn)品相比,數(shù)字控制回路,帶數(shù)字接口的混合PWM控制器或基于CIP的單片機解決方案均可以實現(xiàn)更多的配置。這為設(shè)計提供了更大的靈活性,但是它要求系統(tǒng)設(shè)計人員花時間編寫固件來配置相應(yīng)的附加參數(shù)。在許多情況下,結(jié)果是值得的——但模擬控制將始終是電源轉(zhuǎn)換的主要方案。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請電話或者郵箱聯(lián)系小編進行侵刪。
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識別和認證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負載電壓達100 V的業(yè)內(nèi)先進的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開”超級電容的“外衣”,看看超級電容“超級”在哪兒
- DigiKey 誠邀各位參會者蒞臨SPS 2024?展會參觀交流,體驗最新自動化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個新物料
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索