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电力通信兼顾性能、成本、设计弹性 复合型电源转换方案受瞩目

   2015-02-02 互联网2020
核心提示:数位电源虽然可以提高电源转换系统的控制精准度,但其控制设计和软体工程开发不易,加上成本高昂,进入门槛相对较高;因此,市场上便衍生出复合型类比数位电源转换方案,以协助厂商克服数位电源的成本和研发挑战。
      数位电源虽然可以提高电源转换系统的控制精准度,但其控制设计和软体工程开发不易,加上成本高昂,进入门槛相对较高;因此,市场上便衍生出复合型类比数位电源转换方案,以协助厂商克服数位电源的成本和研发挑战。
 
      新兴的复合型或混合讯号型电源转换控制器进入市场以来,正逐渐将“类比与数位二选一”的思路转变为“数位和类比择优并取”的实用主义模式。这些设备主要目的是善用类比和数位两种解决方案的优势,同时淡化它们的劣势。透过将类比和数位相互结合的解决方案,可以使数位电源方案的高效性能、暂态响应、灵活性与类比解决方案中的负载调整达到最佳的电源转换表现。
 
      我们终归是生活在一个充满类比讯号的世界。这使得数位解决方案处于不利地位,因为它须要对资讯(回馈)进行数位化--通常使用类比数位转换器(ADC)完成;随后必须在高速微控制器(MCU)或数位讯号处理器(DSP)中处理数位讯号。
 
      数位 控制环的频宽与类比数位转换的速度以及MCU/DSP的计算速度直接相关。想要更多频宽?那么就需要速度更快的类比数位转换器和MCU,当然成本也会更高。类比式电源解决方案的固有优势在于,它系在类比环境中搜集和维护资讯,因而无需高性能MCU或类比数位转换器的支援。
 
      类比设计不敷使用数位电源方案后势看涨
 
      尽管类比电源解决方案现在也可提供非常有效率的控制性能,但仍然不够灵活。类比电源设计工程师必须对应用中的性能详细地权衡评估,然后针对整个运作空间以及负载条件做最佳化的类比设计。
 
      尽管类比技术目前尚能满足多数应用需求,但是市场和行业趋势、消费者预期以及政府对能源效率的规定,很快将超出类比设计技术能支援的能力范围,使其无法满足更高效率的要求。解决之道就是让电源设备具有更好的灵活性。除了一般用途,该灵活性还可从以下几点体现:
 
      .实现多点电源转换的最佳化,而不是在整个电源转换工作范围内的最佳化。
 
      .做为系统的一部分,这意味着其必须能进行配置,以最佳化系统随时间变化的效率,而不是仅仅最佳化电源转换效率。
 
      .将资讯传递到系统,使系统最佳化。
 
      
      毫无疑问,数位电源转换解决方案的灵活性足以满足上述需求。不过,其设计并不轻松,须要厂商投入大量资源在工具和流程开发。数位控制技术与类比控制技术不同,因此需要新资源,包括数位控制设计和软体工程。对许多公司而言,这些资源投入将是一个严重的阻碍。
 
      考虑到这些困境与挑战,在类比领域中仍然保持电源控制的可能性就较为合理。另外,这也降低对额外专业技能和资源的需求,同时避免了产品成本增加,因为省去了数位控制所需的昂贵的MCU和类比数位转换器。
 
      数位电源系统成本高昂/研发不易复合型类比/数位电源方案披挂上阵
 
      为了解决数位电源系统的研发挑战,市面上已有厂商推出复合型类比和数位电源解决方案。复合型类比和数位电源解决方案将峰值电流模式类比控制器的性能与小型8位元微控制器相结合(图1)。其电源调整完全在类比区域中进行,因此无需高性能的高速微控制器;而内建的8位元MCU提供了方便的介面用来监视和调整类比控制器的性能,从而实现以前无法实现的调整功能。
 
 
图1复合型类比和数位电源解决方案方块图
 
      此外,复合型方案内建的MCU仍保持小巧简单的设计,除了增加灵活性外,还可实现很高的整合度。如图1所示,复合型类比和数位电源解决方案不仅整合了带有类比控制器的MCU,还包括功率金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET)驱动器和内建中阶降压的线性稳压器(LDO)。此元件的运作范围宽广,可达4.5?32伏特(V),只需要极少的外部元件,并且在类比控制中引入了前所未有的灵活度。
 
      电源转换设计持续向更具灵活性和客制化的数位电源转换技术过渡,而类比电源转换技术将继续提供具有成本效益的高性能电源转换解决方案。二者的结合,无论是称之为复合型电源转换、混合讯号型电源转换还是简单的类比加数位电源转换,都引入了一种独特的性能、灵活性和成本平衡,这在许多不同种类的应用中极具吸引力。
 
 
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