從屬設(shè)備在收到停止“信號(hào)時(shí)立即處置并執(zhí)行命令。結(jié)語 毫無疑問，為了減少響應(yīng)時(shí)間及處置器開銷。隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)，電源領(lǐng)域里數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)將會(huì)越來越明顯，但從模擬電源到數(shù)字電源的完全轉(zhuǎn)換還需要很 長時(shí)間，因此模擬和數(shù)字控制技術(shù)將在未來數(shù)年內(nèi)共存。數(shù)字電源技術(shù)為電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域注入了新的活力，同時(shí)也對(duì)電源設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。如何在激進(jìn)技術(shù) 基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，進(jìn)而設(shè)計(jì)出滿足未來市場(chǎng)需求的電源系統(tǒng)將成為電源設(shè)計(jì)人員必需面對(duì)的新課題。

　　電路板上的元器件運(yùn)行速度更快、體積更小，隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不時(shí)升級(jí)。而且還要求更多、更低的供電電壓和更大的供電電流；最終系統(tǒng)的功能不時(shí)增 加，平均售價(jià)卻不斷下降。此外，用戶對(duì)電源的故障修復(fù)時(shí)間、電源運(yùn)行狀態(tài)的感知與控制的要求越來越高，電源設(shè)計(jì)人員不再滿足于實(shí)時(shí)監(jiān)控電流、電壓、溫度，還提出了診斷電源供應(yīng)情況、靈活設(shè)定每個(gè)輸出電壓參數(shù)的要求。這些需求已是今日的模擬解決方案難以滿足的作為電源管理發(fā)展的新思路的數(shù)字電源應(yīng)運(yùn) 而生，因此。其目標(biāo)就是將電源轉(zhuǎn)換與電源管理架構(gòu)用數(shù)字方法集成到單芯片中，實(shí)現(xiàn)智能、高效的轉(zhuǎn)換與控制及通信。數(shù)字電源是采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)電源的控制、維護(hù)回路與通信接口的新型電源技術(shù)。

　　解決方案

　　該多相電源管理系統(tǒng)由多達(dá) 6 個(gè)交錯(cuò)式同步降壓轉(zhuǎn)換器組成，這些轉(zhuǎn)換器均由一個(gè)單微處理器控制，如圖1所示。

　　TI推出的32位TMS320F2806”》TMS320F2806數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）運(yùn)行在100 MHz頻率下，并且以電源應(yīng)用為目標(biāo)。在本例中，其在軟件中實(shí)施電壓模式控制，該軟件使用一個(gè)在PWM開關(guān)頻率上進(jìn)行采樣的單通道2極點(diǎn)2零點(diǎn)數(shù)字補(bǔ)償器。隨后產(chǎn)生的占空比值將被傳給每一個(gè)降壓相（所有為實(shí)現(xiàn)相位平衡所作的占空比調(diào)節(jié)除外）。通過使用片上12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）獲得系統(tǒng)輸出電壓反饋。MOSFET溫度在整個(gè)ADC中均為可用，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的目的，并且片上內(nèi)部集成電路（I2C）端口提供了對(duì)PMBus通信的支持。針對(duì)同步降壓應(yīng)用專門設(shè)計(jì)了一款UCD7230柵極驅(qū)動(dòng)器，從而提供了采用TI TrueDrive輸出架構(gòu)的雙通道4-A MOSFET驅(qū)動(dòng)器、周期性電流限制以及一個(gè)內(nèi)置的低失調(diào)、高增益、差動(dòng)電流傳感放大器。

　　脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

　　切相和增相

　　切相提供了一種提高電源效率和可靠性的方法。在輕負(fù)載條件下，動(dòng)態(tài)地減少運(yùn)行相位的數(shù)量通常會(huì)帶來效率的提高。當(dāng)負(fù)載需求增加時(shí)，一個(gè)切相可以被重新激活。同樣，通過重新平衡各剩余相位之間的交錯(cuò)，切除一個(gè)失效的相位或者一個(gè)運(yùn)行在邊界狀態(tài)以外的相位有助于維持系統(tǒng)的性能。在需要極高可靠性的應(yīng)用中，一個(gè)備用相位可以被帶上線以取代失效的相位，即N+1冗余設(shè)計(jì)。不考慮切除一個(gè)相位的原因，剩余相位（或者在N+1冗余設(shè)計(jì)中增加相位）的交錯(cuò)角應(yīng)該重新調(diào)整，以維持最佳性能。例如，從一個(gè)三相120°交錯(cuò)式轉(zhuǎn)換器中切除一個(gè)相位時(shí)應(yīng)該將剩余2個(gè)相位分離隔開180°。

　　TMS320F2806控制器的PWM元件均支持軟件同步及相位控制。每一個(gè)PWM輸出均具有一個(gè)相位同步寄存器，將其計(jì)數(shù)值與首個(gè)PWM輸出的計(jì)數(shù)值發(fā)生偏移。這就使得所有交錯(cuò)式降壓相位的相位角不僅可以在系統(tǒng)初始化期間靜態(tài)配置，而且可以在系統(tǒng)運(yùn)行期間動(dòng)態(tài)地重新調(diào)整。

　　圖2（a）顯示了一款120°交錯(cuò)式（條件：10 V輸入、2 V輸出、3 A負(fù)載及300 kHz PWM開關(guān)）PWM結(jié)構(gòu)的三相交錯(cuò)式降壓轉(zhuǎn)換器的示波器屏幕采集圖。示波器通道1~3顯示的是單個(gè)相位電壓，而通道4顯示的是交錯(cuò)式輸出電壓（所有示波器通道均為AC耦合）。通過所有運(yùn)行中的3個(gè)相位，可以得出該輸出紋波為4.9 mV（輸出電壓的0.25%）。在不調(diào)整2個(gè)剩余相位角的情況下，如圖2（b）所示，切除相位2會(huì)引起輸出紋波增加86%，即為9.1 mV.為了獲得180°交錯(cuò)（如圖2（c）所示），可對(duì)2個(gè)剩余相位進(jìn)行軟件調(diào)整，該紋波減少至7.9 mV，相比調(diào)整前的剩余相位角提高了13%.但是由于一個(gè)兩相位系統(tǒng)無法獲得如三相系統(tǒng)一樣的低紋波，因此，調(diào)整后紋波仍然比初始值大。

　　相位電流平衡

　　為了最佳化電源組件可靠性和使用壽命，可使多相系統(tǒng)中的每一個(gè)相位都等量地分擔(dān)電源負(fù)荷。由于電源開關(guān)和電感組件的不同，以及電路板布局和散熱的非對(duì)稱性，流經(jīng)相位的電流是不同的。基本平衡方法通過測(cè)量相位電流并對(duì)每一個(gè)相位要求的PWM占空比單獨(dú)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到平衡相位電流的目的。由于電流非均衡動(dòng)態(tài)十分緩慢，平衡環(huán)路的采樣率可以較低，均為幾十分之幾秒，甚至是幾秒。因此，微處理器上額外的計(jì)算負(fù)擔(dān)可以忽略不計(jì)。為了減少傳感器噪聲的影響，對(duì)平衡環(huán)路速率電流進(jìn)行采樣，并隨著時(shí)間的變化平衡各相位電流。在使用平均相位電流作為參考的每一個(gè)環(huán)路反復(fù)過程中，可以在每一個(gè)相位上執(zhí)行電流平衡操作。另一種方法是將該時(shí)刻測(cè)量出的最高和最低電流相位彼此平衡，達(dá)到相位電流平衡。無論使用哪一種方法，所有相位電流最終都將匯聚到相同值上。

　　PWM精度是進(jìn)行相位電流平衡時(shí)通常會(huì)碰到的一個(gè)問題。將一個(gè)10 V輸入看作是由一個(gè)100 MHz PWM時(shí)鐘的300 kHz PWM驅(qū)動(dòng)的2 V輸出同步降壓轉(zhuǎn)換器。該降壓輸出上的PWM精度將會(huì)是30 mV，或者等同于2 V輸出的1.5%.一般而言，相比達(dá)到相位平衡和避免平衡控制環(huán)路極限循環(huán)期（limit cycling）所需要的較好占空比調(diào)節(jié)，這樣的粒度將會(huì)高出一個(gè)甚至兩個(gè)數(shù)量級(jí)。F2806控制器為這一問題提供了一種解決方案，并且別具一格地增強(qiáng)了PWM模塊的高精度。這種高精度PWM提供了150 ps的邊緣定位。這相當(dāng)于為上述降壓實(shí)例提供0.45 mV的輸出精度，或者0.02%的2 V輸出。此外，該解決方案還可提供較好的相位電流平衡功能。

　　結(jié)論

　　本文描述了一款數(shù)控多相交錯(cuò)式 DC/DC 降壓系統(tǒng)，其可實(shí)現(xiàn)電壓模式調(diào)節(jié)控制，并具有切相及增相和多相電流平衡的特點(diǎn)。使用傳統(tǒng)模擬控制器來實(shí)施這些特性將會(huì)十分具有挑戰(zhàn)性，而使用一款基于微處理器的數(shù)字控制器便可以輕松地完成這些任務(wù)。F2806 數(shù)字信號(hào)控制器與 UCD7230 柵極驅(qū)動(dòng)及電流傳感放大器的完美結(jié)合提供了一款完整的信號(hào)控制解決方案，并具有單機(jī)運(yùn)行的片上閃存、同步高精度 PWM 模塊、測(cè)量反饋信號(hào)的 ADC 以及 PMBus 通信功能。