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，且需額外電路來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)延時(shí)。

在多級電源中，由于一些輸出取決于其他輸出，因此有必要通過預(yù)定義方式對輸出順序進(jìn)行控制。這可由單獨(dú)的時(shí)序芯片完成，或者使用后臺單片機(jī)以及輔助電路來實(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完成，因此數(shù)字電源不需要外加硬件。電源的每一級都可實(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)換器取決于另一級的輸出，則軟件可設(shè)置標(biāo)志來指示轉(zhuǎn)換器何時(shí)完全啟動(dòng)，電壓已經(jīng)為下一級的上升作好準(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必須通過濾波來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，噪聲對反饋信號的影響變得越來越大。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了設(shè)定的最大電流值。

通過濾波將這些噪聲從電流反饋信號中濾除的同時(shí)也難免對波形造成不利影響。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LEB 的技術(shù)經(jīng)常被用來消除靠近PWM開關(guān)邊沿反饋信號的噪聲尖峰。

對于模擬控制器，需要設(shè)計(jì)一個(gè)硬件消隱電路來屏蔽固定持續(xù)時(shí)間內(nèi)的反饋信號。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)品的競爭中具備優(yōu)勢。

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，可通過軟件寫入來降低電流限定值。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)

模擬控制器長期以來都是電源技術(shù)領(lǐng)域的主流。電源市場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)展趨勢促進(jìn)了對數(shù)字電源的需求。

Microchip 的dsPIC33F "GS" 系列數(shù)字信號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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