数字电源的优化设计

摘 要 通过介绍数字电源系统的特点、基本原理、面临的问题，分析了组成系统的性能特点及工作原理，重点阐述数字电源系统的电路优化设计。本文从以下几个方面进行了论述。

【关键词】数字电源 结构原理 问题 优化设计

1 数字电源

1.1 数字电源的概述

目前，数字电源有多种定义。

第一种定义为：通过数字接口，控制开关电源，强调的是，数字电源的“通信”功能”。

第二种定义为：具有数字控制，开关电源的功能，强调的是，数字电源的“数控”功能。

第三种定义为：具有数字监测，开关电源的功能，强调的是，数字电源对温度等参数的“监测”功能，通过设定开关电源的内部参数，来改变其外在特性，在“电源控制”的基础上，增加了“电源管理”。相比传统的模拟电源，数字电源的区别，是控制和通信部分。在应用场合，简单易用、参数变更要求少，模拟电源产品更具优势。此外，相对模拟电源，在多系统业务中，数字电源，通过软件编程，来实现多方面的应用。数字电源有用DSP和MCU控制的。对于DSP控制的电源，采用数字滤波方式，而MCU控制的电源，能满足电源的需求，反应速度快、电源稳压性能好。

1.2 数字电源的特点

数字电源系统具有以下特点：

（1）数模组件组合优化：实现了开关电源中，模拟组件与数字组件的优化组合。采用“整合数字电源”技术。

（2）控制智能化：对于传统的，由微控制器（μP或μC）控制，开关的电源.而它是以，数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU为核心，智能化开关电源构成系统是“数字电源驱动器及PWM控制器”。

（3）控制精度高：数字电源，实现多相位控制、非线性控制、负载均流、故障预测等功能；发挥数字信号处理器及微控制器的优势，这样设计的数字电源，达到高技术指标，为绿色节能型开关电源提供条件。

（4）集成度高：对于高集成度，将大量的分立式元器件，整合到一个芯片或一组芯片中。实现了，电源系统单片集成化。

（5）模块化程度高：分布式的数字电源系统就易于构成。

2 数字电源结构

2.1 PWM控制器

双端推挽式PWM控制器是UCD8220/8620，其受DSP或MCU数字控制的。二者的区别是，低压启动UCD8220即 48V，而UCD8620内部，增加高压启动电路即110V。UCD8220的内部，主要包括：“3.3v电压调整器、基准电压源、脉宽调制器（PWM）、驱动逻辑、推挽式驱动器、欠压关断电路、限流电路、电流检测电路”。 在峰值电流模式或电压模式下，UCD8220/8620能够运行，即对极限电流的编程，输出极限电流数字标志。

2.2 数字信号处理器（DSP）

UCD950是数字电源系统，配套的数字信号处理器，它们内部主要包含 ：“32位CPU、时钟振荡器、32位定时器、看门狗电路、内外部中断控制器、SCI总线、SPI总线、CAN总线及I C总线接口、l2路PWM信号输出、系统控制器、16通道12位和ADC、16K×16 Flash、6K×16 SARAM、1K×16ROM”。利用Power PADTM HTSSOP和QFN软件包，可进行编程。它采用标准的是“3.3v”输入或输出接口，其与UCD8K系列的完全兼容。

2.3 数字电源驱动器

数字控制电源驱动器芯片，大部分是UCD7100/7201，二者的区别是：可驱动MosFET开关功率管，可适配UCD9110/9501型数字控制器；UCD7100为单端输出，而UCD7201为双端输出；额定输出电流均为±4A；对于主控制器，可监控输出的电流，快速检测，过流故障而关断电源；检测周期仅为 25ns。

3 数字电源面临的问题

数字电源，有很多优点，但仍有缺点。数字电源，需要一个采样、量化和处理的过程，做出反馈，即对负载的变化，而目前，它对负载变化的响应速度，比模拟电源慢。精度和效率比模拟电源差。数字电源占板面积，大于模拟电源。在负载点（POL）系统中，数字控制优点非常明显，而在简单应用中，模拟电源仍占有优势。考虑到数字电源，解决方案的优点，数字电源，虽然技术复杂，但使用不复杂。要求设计人员，具有一定的程序设计能力，目前，电源设计人员，普遍模拟设计为主，缺乏编程训练。这对数字电源的推广，也造成了一定的障碍。每次AD转换后，数字芯片，将得到的结果，送到系统中央处理器，由处理器，对取样的值，进行运算和PI调节。

另外，人们对数字电源的认识，不像模拟电源那样，经过了多年应用的考验。对其的可靠性有疑问。虽然数字电路，在概念上，优于模拟电路，可靠性是设计的问题，而不是数字化的问题。

4 数字电源电路优化设计

我们采用智能化数字电源，其系统由：“PWM、电源驱动器、DSP、接口电路、显示器和键盘”6部分组成。系统框图如图1所示。

对于图中的数字信号处理器，UCD9501，通过接口芯片与键盘和显示器相连，对于用户，不仅能从显示器上，观察到当前的电源参数，还可通过，键盘随时修改电源参数。为了简化配置，也可由：“数字信号处理器（UCD9501）和数字控制电源驱动器（UCD7100）”构成智能化数字电源系统。

5 结语

总而言之，数字电源系统，具有高集成度、高性价比、电源管理功能完善、电路简单、能面向用户设计等显著优点，实现了智能化电源系统，优化设计和创造。在应用场合中，简单易用、参数变更不多，模拟电源产品，具有很多优势，其应用的针对性，可以通过硬件固化来实现。

参考文献

[1]杨学明.集成电路产业在各国经济发展中的比较研究[J].创业与投资，2009.

[2]吴纬国.论我国集成电路制造业之发展路线[J].中国电子商情，2003.

作者单位

辽宁省葫芦岛市锦西工业学校 辽宁省葫芦岛市 125001