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电源管理的模拟和数字方法

数字与模拟的长期争论最近已扩展到电源|稳压器领域，引起模拟领域的关注和响应。数字仍然在流行，但现实世界是模拟的。而电源与任何其他现实世界的系统没有差别：电源输出是模拟(电压、电流、功率等)的，这与数字电视、数码相机和数字蜂窝给出的模拟输出(移动视频，静态图像，声音等)具有相同的方式。除明显的通信方面已存在相当一段时间突出数字外，数字电源简单地涉及到电源转换系统核心的一些处理单元，现正在改进为数字化。然而，毫无疑问，到模拟世界的接口—外层仍然保持模拟。软轴

模拟电路是一款表示连续可变，可量测物理量(如长度，宽度，电压，压力)数据的器件。然而，在模拟市场分类中，我们看到数据转换和接口产品是具有数字数据和电路成分的器件。

实际上，在模拟领域，我们看到混合信号应用脱皮机的广泛性，范围从纯模拟到数字以及从电源到信号。实际上，在每次技术历程中模拟是产生新电路、新结构和新方案的一种丰富的基本元素。如市场情再生塑料造粒机装备商遇巨大商机目前我国废旧塑料回收利用率不高报公司的数据报告所示，模拟已成为一个大的混合信号领域，它跨越纯模拟到数字的全部电路领域。

模拟继续在增长，不管数字化的每个实际现象。这是因为以上所述的原因和模拟保持无可比拟的创新领域：10年前没有容性稳压器(电荷泵)，5年前没有LED驱动器，这种创新还将继续。结果，纯模拟电路的数字化在宽广限定的模拟市场保持家用增长现象，确认模拟的领先创新能力。肯定的说，没有模拟不可能有模拟的数字化。

数字化的局限性

图1示出一般电源转换和管理系统的框图。框图中的单元(电源基准，D/A，驱动器，滤波器)是连接“外部”模拟世界的特征元件，如上述原因它们将保持摸拟。框图中的通信单元是数字(串行或并行通信总线)的。控制单元，传统上用模拟方法实现，但最近5年改变为数字实现。

当今业内趋势表明电源转换(伺服控制算法)和电源管理(新的串行或并行总线协议通信，定序电路等)的数字控制结构正变为成熟。未来几年，预测这些结构可以替代模拟对应部分。

电源继续处于一个艰难的环境下，对半导体器件有很大的压力。开关稳压器中的电感器或电机中的线圈，人物石雕以大于VCC电源和低于它的电压尖峰信号周期性地使电子电路激化。这样的过压和欠压偏移势必会唤醒半导体器件中的寄生晶体管，这会对系统产生有害的影响。如何使这些有害影响不连接到外部世界，这不是数字电子的范围。这是一个相当难解决的问题，甚至对于最有经验的模拟设计人员也成为一个重要的难题。事实上，寄生参量问题使电源/模拟设计变成为一种艺术，而不是科学。现在没有SPICE仿真器能模拟寄生晶体管的三维效应，而只要这样情况继续存在，模拟将继续是少数熟练设计人员手中的“黑魔术”。

模拟和数字结构

图2示出电压稳压器的典型模拟控制实现框图，是围绕调制器构建脉宽调制(PWM)开关稳压器。模拟调制器由一个比较器构成(调制波形示于图3)，比较器的输入是周期为T的周期性逐段线性(三因此精度角或锯齿)调制波形VST，另一个输入为误差信号Vε。如准稳态误差信号Vε处在调制波形的最小和最大之间，则这两个波形的交叉点决定‘on’脉冲的周期Ton。因此，比较器输出产生一个方波Vsw，其平均值与DC输出电压Vo相同。在此方法中，PID(比例-积分-微分)单元可以用一个运放和外部无源元件(补偿电阻器Rc和电容器Cc)实现，或用集成有Rc、C2补偿络的单片实现。

图4示出一种数字控制结构，其中输入误差信号(Vfb-Vref)经模/数转换器(ADC)转换为数字信号，此后进行PID补偿和数字调制(DPWM)。

数字电源转换控制环路的核心是数字调制器。图5示出用环形振荡器实现数字调制器方法，这是一种简单和有效的方法。在此实例中，环形振荡器工作频率为1MHz(T=1ms)，此频率也是数字PWI.显示方式:XP测试软件+计算机屏幕显示M系统的时钟频率，环形振荡器由255个电路构成(在环形振荡的最简单实现方法中，门电路数必须是奇数)，以对应于8位分辨率。每个门电路输出都是比前一个门电路延迟1/255时钟周期，大约为4ns。

适当地选择门电路之间的时间延迟，可以产生数字调制器输出处的‘on’脉冲，通过由数字误差信号电压DVε驱动的数初步实现我国从材料大国向材料强国的战略性转变字选择器可以进行这种选择。

选择控制算法

若被稳压的系统是真正线性的，这意味着工作模式是连续不变的或者是平稳的，则模拟通常是采用的方法。台式CPU电压稳压器就是这样情况，稳压器输出从无载到满载必须用同样的算法进行连续地控制。若系统非平稳，这意味着工作模式是不黄金首饰连续和变化的，则选择数字方法比较好。

例如，在笔记本或移动电压稳压器应用中，选择数字方法是比较好的。因为在轻负载时，应节省功率，此时需要模式变化。这通常会发生从PWM算法到PFM(脉冲频率调制)的情况。PFM是随负载调节频率的模式，因此，在较轻负载时产生较低的频率，进而有较低的开关损耗。

在模拟系统中，这样的模式变化需要从一个控制环路(如PWM)突然转换到另一个模式(如PFM)，通常此时负载正在变化。这种算法不是连续性的，必定导致输出稳定度的暂时降低。

相反，数字控制固有的配置来处理不连续性。因此，数字控制在单控制算法中具有处理模式变化的能力。

电源管理和转换应用

数字电源管理的明显优点是容易通信、编程、状态报告等。这种数字控制的典型应用实例是智能电池系统，为笔记本电脑供电的智能电池充电器。此系统包括智能充电器，智能电池和主微控制器。在此系统中，智能充电器从器件通过系统管理总线(SMBus)接收来自“主”控制器的命令。然后，智能充电器调节其参量为智能电池提供所需的电流、电压和功率，然后对微控制器报告其数值。

在电源转换应用中，微控制器基数字结构具有很多有用的地方，特别是在不仅仅需要编程性，而且也需要电流和电压整形的应用中。

电流整形应用

在轻载镇流器应用中需要电流整形，对于不同的灯可以灵活地设置电流的强度和周期以及３个工作相(预热，点火和调光)。在PFC应用中也需要电流整形，电流必须与线电压有相同形状。(end)