軟啟動(dòng)以及模擬和數(shù)字電源的時(shí)序

當(dāng)電源剛啟動(dòng)時(shí)，各種存儲(chǔ)元件，如電容和電感，都處于零儲(chǔ)能狀態(tài)。在這樣的狀況下，電源突然升壓會(huì)引起系統(tǒng)很大的浪涌電壓和浪涌電流。因此，電源的所有階段都必須使用軟啟動(dòng)來(lái)確保系統(tǒng)元件避免受到不必要的壓力。

許多（并非全部）模擬控制器都帶有內(nèi)置軟啟動(dòng)功能。

模擬控制器在選擇軟啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間時(shí)都只提供有限的靈活性，且需額外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)延時(shí)。

在多級(jí)電源中，由于一些輸出取決于其他輸出，因此有必要通過(guò)預(yù)定義方式對(duì)輸出順序進(jìn)行控制。這可由單獨(dú)的時(shí)序芯片完成，或者使用后臺(tái)單片機(jī)以及輔助電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由于所有時(shí)序控制和軟啟動(dòng)子程序都可作為電源控制軟件的一部分來(lái)完成，因此數(shù)字電源不需要外加硬件。電源的每一級(jí)都可實(shí)現(xiàn)一個(gè)軟啟動(dòng)子程序，每個(gè)都具有不同的持續(xù)時(shí)間和延時(shí)。典型的軟啟動(dòng)子程序如例1 中的C 代碼片段所示。

void PFCSoftStartRoutine（）

{

Delay_ms（STARTUP_DELAY）

pfcVoltagePID.controlReference = pfcInitialOutputVoltage;

while （pfcVoltagePID.controlReference <= PFCVOLTAGE_REFERENCE）

{

Delay_ms（SOFTSTART_INCREMENT_DELAY）；

pfcVoltagePID.controlReference += PFC_SOFTSTART_INCREMENT;

}

pfcVoltagePID.controlReference = PFCVOLTAGE_REFERENCE;

}

在例1 中，dsPIC DSC 初始化之后就立刻調(diào)用軟啟動(dòng)子程序。首先調(diào)用啟動(dòng)延時(shí)，隨后輸出電壓參考將被設(shè)定為實(shí)際測(cè)量的輸出電壓。參考值一直以固定速率上升，直到其達(dá)到期望值為止。此時(shí)，軟啟動(dòng)結(jié)束，系統(tǒng)正常運(yùn)行開始。數(shù)字控制器可靈活使用軟啟動(dòng)子程序。相同的子程序在不同時(shí)間階段可通過(guò)不同參數(shù)進(jìn)行調(diào)用。例如，如果系統(tǒng)要在故障發(fā)生后重啟，啟動(dòng)延時(shí)和軟啟動(dòng)持續(xù)時(shí)間可修改為不同的值。

時(shí)序控制可在不外加任何電路的情況下，通過(guò)一些靈活的配置加以實(shí)現(xiàn)。圖6 中顯示了一些時(shí)序機(jī)制原理圖。

如果一個(gè)轉(zhuǎn)換器取決于另一級(jí)的輸出，則軟件可設(shè)置標(biāo)志來(lái)指示轉(zhuǎn)換器何時(shí)完全啟動(dòng)，電壓已經(jīng)為下一級(jí)的上升作好準(zhǔn)備。

如圖6 所示，數(shù)字電源能根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求以多種方式輕松實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制。數(shù)字電源在選擇軟啟動(dòng)和時(shí)序控制方案上具有很大的靈活性，不需要增加專用芯片或者復(fù)雜的電路。

圖 6: 時(shí)序控制機(jī)制

前沿消隱（LEB）

大多數(shù)功率轉(zhuǎn)換器的電流反饋信號(hào)必須通過(guò)濾波來(lái)消除噪聲以及避免限流以及故障電路的誤動(dòng)作。隨著開關(guān)速度的加快，噪聲對(duì)反饋信號(hào)的影響變得越來(lái)越大。在一些情況下，MOSFET開關(guān)瞬間產(chǎn)生的噪聲尖峰電流甚至超過(guò)了設(shè)定的最大電流值。

通過(guò)濾波將這些噪聲從電流反饋信號(hào)中濾除的同時(shí)也難免對(duì)波形造成不利影響。為實(shí)現(xiàn)精確的閉環(huán)控制運(yùn)行和電流限定值保護(hù)，期望保持波形不會(huì)發(fā)生畸變。因此，一項(xiàng)被稱為L(zhǎng)EB 的技術(shù)經(jīng)常被用來(lái)消除靠近PWM開關(guān)邊沿反饋信號(hào)的噪聲尖峰。

對(duì)于模擬控制器，需要設(shè)計(jì)一個(gè)硬件消隱電路來(lái)屏蔽固定持續(xù)時(shí)間內(nèi)的反饋信號(hào)。圖7 顯示了LEB 電路的一種可能構(gòu)造。電路可屏蔽固定時(shí)間內(nèi)的噪聲尖峰，該時(shí)間長(zhǎng)度可由定時(shí)電阻和電容確定。這種方案增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，并且在消隱持續(xù)時(shí)間上沒有足夠的靈活性。

圖 7: LEB 電路

dsPIC33F"GS" 系列器件經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，適用于所有電源應(yīng)用，并可提供內(nèi)置LEB 特性。LEB 功能可在任何時(shí)刻被使能或禁止，用戶可選擇對(duì)哪些PWM 邊沿進(jìn)行消隱。消隱時(shí)間可由軟件調(diào)節(jié)，不需要外加電路。圖8 介紹了dsPIC DSC 中LEB 的操作特征。

圖 8: 前沿消隱（LEB）

自適應(yīng)和非線性控制

數(shù)字電源控制器具備在線調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)的能力。這一能力增加了許多創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，并使其在與其他可選擇產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)中具備優(yōu)勢(shì)。

實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制的一個(gè)方法就是設(shè)置多個(gè)控制閉環(huán)系數(shù)。由于不同線路/負(fù)載條件下的系統(tǒng)性能會(huì)發(fā)生改變，因此可通過(guò)在每個(gè)運(yùn)行點(diǎn)在線修改參數(shù)的方式獲得最佳性能。

如另一個(gè)例子，一個(gè)系統(tǒng)規(guī)定只能在50?C 以下運(yùn)行，但是，由于一些原因，周圍的溫度超出了這一限制。這種情況下，可通過(guò)軟件寫入來(lái)降低電流限定值。盡管這個(gè)操作會(huì)增加一些限制，但它可以幫助系統(tǒng)安全地?cái)U(kuò)展正常工作的極限。

總結(jié)

模擬控制器長(zhǎng)期以來(lái)都是電源技術(shù)領(lǐng)域的主流。電源市場(chǎng)要求低成本和高性能的電源。最近，電源技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)的更加智能化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)促進(jìn)了對(duì)數(shù)字電源的需求。

Microchip 的dsPIC33F "GS" 系列數(shù)字信號(hào)控制器使所有潛在的數(shù)字電源控制成為可能。正如此白皮書中所描述的，數(shù)字電源已能夠滿足有時(shí)甚至超越了市場(chǎng)需求。dsPIC DSC 開啟了電源世界中前所未有的創(chuàng)新局面，并處于數(shù)字革命最前沿。

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