數(shù)字電源是一種系統(tǒng)，可讓您使用針對電源設(shè)備的特殊控制技術(shù)轉(zhuǎn)換能量。在數(shù)字電源系統(tǒng)的設(shè)計中，主要目標(biāo)是最大限度地提高使用數(shù)字管理和控制機(jī)制的電源應(yīng)用的效率。通過這種方式，可以使用數(shù)字硬件和軟件算法監(jiān)控和監(jiān)督數(shù)據(jù)和信息。該控制有助于實時提供信息，從而允許自動調(diào)整能量流以實現(xiàn)高效率。對于這樣一個微妙的領(lǐng)域，不可能即興創(chuàng)作不同的電路：必須考慮多種用途，例如性能、效率、電壓、溫度、消耗和安全性。

功率分析工具

有旨在分析和測試適用于能量轉(zhuǎn)換的不同類型應(yīng)用的硬件和軟件工具，以協(xié)助設(shè)計人員開發(fā)功率器件。從這個意義上說，數(shù)字電子設(shè)備有助于控制并提高測量和系統(tǒng)響應(yīng)的精度和可靠性。讓我們通過將它們放在最合適的應(yīng)用領(lǐng)域來檢查其中的一些。

五金工具

在硬件層面，公司提供電子評估板，設(shè)計人員可以使用它在開發(fā)階段以簡單、安全和快速的方式測試系統(tǒng)。這些大多是旨在簡化大功率應(yīng)用設(shè)計的控制器。這些設(shè)備允許簡單的模塊化設(shè)計，并為最關(guān)鍵的環(huán)境提供高度穩(wěn)健的解決方案，通常由硬件評估和仿真工具支持。作為一個例子，讓我們看看該行業(yè)的一些產(chǎn)品。很明顯，數(shù)百家公司與許多汽車制造商合作，正在開發(fā)功能越來越強(qiáng)大的數(shù)字電源系統(tǒng)。

評估板

評估板通常是逆變器，設(shè)計用于執(zhí)行定向檢查，帶或不帶傳感器，標(biāo)稱功率為幾瓦。它們通常由低損耗和快速橋組成。例如，意法半導(dǎo)體的 STEMAL-IHM045V1 型號是一款標(biāo)稱功率高達(dá) 100 W 的正弦三相逆變器。它由一個基于 STGIPN3H60A SLLIMM 的 3A / 600 V IGBT 的三相通道組成。

如果您想要不同的、更強(qiáng)大的東西，可以使用英飛凌科技的 EVAL-IGBT-D2PAK-40A 板。它是 40 A、650 V 半橋 D2Pak 轉(zhuǎn)換器的評估板。它允許使用安裝在 IMS 上的 D2Pak 容器中的 IGBT IKB40N65EH5 評估半橋拓?fù)渲械?650 V TRENCHSTOP 5。該板有兩 (2) 個變體：

HB 在 D2Pak 中帶有兩 (2) 個 40A 650V TRENCHSTOP 5 IGBT 開關(guān)；

HB 在 D2Pak 中帶有四 (4) 個 40A 650V TRENCHSTOP 5 IGBT 開關(guān)（2 個并聯(lián)開關(guān)）(EVAL-IGBT-D2PAK-80A)。

該板允許快速輕松地控制。與在 TO247 通孔封裝中使用 IGBT 的傳統(tǒng)設(shè)計相比，它根據(jù)在 IMS 上組裝的 HB IGBT D2Pak 功率轉(zhuǎn)換器的高功率密度和極其緊湊的尺寸進(jìn)行分類。與典型的 TO247 解決方案相比，SMD 解決方案提高了功率轉(zhuǎn)換器的效率，因為 IGBT 上的功率損耗更小、IGBT 結(jié)溫更低，以及運行期間的 VCE 關(guān)斷峰值更低。D2Pak 外殼蓋轉(zhuǎn)換器的設(shè)計提高了性能并增加了功率密度和可靠性。

模擬工具的 EVAL-ADP1048 模型（圖 1）代表另一個評估板。

作為一種典型的功率因數(shù)校正（PFC）交直流開關(guān)電源，該電路設(shè)計用于從85 VRMS AC和265 VRMS AC之間的輸入電壓源提供385 V/600 W的額定負(fù)載。它實現(xiàn)了幾乎單一的功率因數(shù)、低輸入電流失真、輸出電壓調(diào)節(jié)、電流保護(hù)、檢測和保護(hù)交流線路故障、過溫保護(hù)、，以及供應(yīng)的相對中斷。效率性能可以通過輕負(fù)載、調(diào)節(jié)輸出電壓和降低工作頻率來優(yōu)化。交流輸入由輸入端子、EMI濾波器、浪涌繼電器和相關(guān)控制電路組成，D1是用于傳輸主電源的整流橋。D4用于感應(yīng)輸入電壓。升壓電路由電感器（L2）、開關(guān)（Q1）和二極管（D2）組成。柵極信號通過ADP3634驅(qū)動器來自ADP1048（U1）。熱敏電阻（RTD1）位于MOSFET附近的電路板上，可以防止過熱。

圖1：模擬設(shè)備的EVAL-ADP1048評估板

軟件工具

在軟件基礎(chǔ)上也有許多創(chuàng)新。大多數(shù)程序都涉及優(yōu)化應(yīng)用程序。尋找設(shè)備的最佳工作點使我們能夠在各個方面獲得最佳性能，有利于安全、節(jié)能、動力、重量和尺寸，尤其是效率。該字段此時是數(shù)字的。擁有跟蹤所有功率響應(yīng)曲線的程序和應(yīng)用程序至關(guān)重要。其中一些會收取費用，另一些則免費且可從網(wǎng)上免費下載。甚至這些類型的軟件也被標(biāo)記為未來的實用程序，因為它們是設(shè)計不可或缺的基礎(chǔ)。讓我們快速看一下這個有價值的優(yōu)化軟件。其中之一是瑞薩電子 CompZL。CompZL 是一款功能強(qiáng)大且易于使用的軟件工具，可進(jìn)行 PID 優(yōu)化。

另一個非常有效的軟件工具是德州儀器的 powerSUITE。它是一套軟件工具（也可以從名稱中推斷出來），用于為德州儀器 (TI) 的 C2000 系列微控制器（MCU Real-Time）設(shè)計數(shù)字電源。該計劃可幫助電源工程師和設(shè)計人員在設(shè)計基于 C2000 實時 MCU 的數(shù)字控制電源時顯著縮短開發(fā)時間。他們中的許多人正在從基于模擬的電源項目轉(zhuǎn)向基于數(shù)字的項目，因此需要簡單直觀的工具來幫助他們評估、開發(fā)和測試項目。PowerSUITE 包含三種不同的工具，可幫助工程師以幾乎無痛的方式處理數(shù)字電源系統(tǒng)的不同設(shè)計階段：

解決方案適配器模塊允許修改專用于 TI 數(shù)字電源的庫中現(xiàn)有的代碼示例，并允許對板進(jìn)行自定義配置。該工具還允許設(shè)計人員選擇要適應(yīng)的電源拓?fù)?，為該拓?fù)溥x擇最相關(guān)的選項（例如磁值），并允許將這些選項定制到解決方案中，以實現(xiàn)極其個性化的設(shè)計；

Compensation Designer 模塊允許設(shè)計不同樣式的補(bǔ)償器（例如 PID、2p2z、3p3z）以獲得所需的閉環(huán)性能。這可以使用系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)或由前一個模塊建模的功率級來實現(xiàn)。必須在設(shè)備上編程的系數(shù)由應(yīng)用程序生成，可以直接復(fù)制到代碼中；

軟件頻率響應(yīng)分析儀 (SFRA) 模塊允許測量功率轉(zhuǎn)換器的開環(huán)增益。從而快速輕松地測量電源帶寬、增益裕度和相位裕度。

圖 2：德州儀器的 powerSUITE 軟件

結(jié)論

開發(fā)用于高級電力電子控制的電源轉(zhuǎn)換器和模塊可能是一項令人沮喪的挑戰(zhàn)。新的應(yīng)用需要新的轉(zhuǎn)換器，專門從事數(shù)字電力電子的工程師并不多。按照當(dāng)今的技術(shù)，電源轉(zhuǎn)換器也變得越來越復(fù)雜。數(shù)字控制提高了性能。標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器通常不能完美地適應(yīng)應(yīng)用?？臻g限制和性能通常需要定制的解決方案。因此，為了充分利用系統(tǒng)，最好依靠硬件和軟件資源，因為數(shù)字行業(yè)將越來越需要數(shù)字工具。

審核編輯 黃昊宇