為什么數字控制是解決問題的辦法呢?數字控制能解決問題,是因為它具有比模擬控制更好的性能、更靈活且在復雜的設計中更易用。數字控制發揮了模擬控制的優點,并超越模擬控制。

想象一下使用同樣的電源元器件,包括相同的FET、電感器、電容器,把使用模擬控制器和數字控制的系統性能做個比較。起初,你自然會想到,既然性能是由元器件決定的,很難說性能會有什么差別。

下面是一些例子。

1.瞬態響應:控制機制極大影響了系統的瞬態響應。例如,與電流模式相比,磁滯控制器的瞬態響應會有很大不同。

每種控制模式都既有優點,也有缺點。數字解決方案讓你能無縫地從一種模式轉換到另一種模式,以提供最優的瞬態響應。

雖然模擬解決方案可以提供很好的點方案,但極少出現足夠靜態的工作狀況,讓你能實現所設想的點方案。2.調節精度:一般來說,調節精度是根據線電壓、負載和溫度來定義的,因為這些條件中的每一個都會影響調節精度。

數字控制器可以監視這些條件,并采取控制措施,在整個工作條件范圍內進行優化。3.穩定性:數字控制能夠提供比模擬方案更好的補償(更好地調用極點和零點),因此在穩定性上的控制要好很多。

另外,補償能夠隨著條件的變化而變化,使系統能在很寬范圍的條件下實現最佳的穩定性。模擬控制器的補償是固定的,而數字控制可提供可調的甚至是自適應的補償。

4.故障響應:數字電源控制器提供了大量故障響應的選項。每種故障都有唯一的響應特性,可根據用戶的需求進行調整。

模擬控制器一般只有一個固定的故障響應(如斷電/斷續/過載),用戶也只能選擇用或者不用。數字控制還能提供濾波器功能,降低虛假故障的可能。

5.效率:許多控制結果都會影響到效率,包括死區時間、開關頻率、柵極驅動等級、二極管仿真、加相和缺相等。針對這些因素,當前數字控制所提供的數字控制算法在整個工作條件范圍內進行了優化。

因此,在某個工作點下,你也許能將模擬控制器調整到很高的效率,但數字控制器卻可對所有的工作點進行優化。6.可靠性:減少元件數量、降低工作溫度(通過效率優化)是數字電源提高系統可靠性的兩個途徑。

此外,靈活的故障響應和探測元器件參數微小變化的能力,可以大幅減少停機時間。實際情況是,對大多數簡單的設計和基本要求來說,數字控制可能有點大材小用。

當然,數字電源控制的靈活程度足以應付這些簡單的應用,其功能可能超出實際所需。另一方面,最復雜的設計需要完整的特性集,很難找到不增加很多電路就能勝任此項任務的模擬控制器。

此時,數字控制器顯然是備受歡迎的解決辦法。數字電源控制器適用于各種各樣的應用,無需借助附加電路。

從這個意義上說,這項技術的靈活性要遠優于傳統的模擬技術。數字電源控制一般比模擬控制器具有更高的集成度。

但是,集成度還不足以滿足設計重用和靈活性的要求。元件數值也需要靈活可變。

設想一下,一個典型模擬補償器的補償元件(電阻和電容器)被集成到控制器中,電阻和電容器的值是固定的。把這些元件集成進來,實際上降低了控制器的靈活性,除非采取某種辦法,能夠調節元件的數值,適應應用的要求。

例如在數字控制器里,補償器被集成到控制器中,補償參數存放在控制器存儲器中的數字寄存器當中。若要改變補償參數,只需簡單地改變寄存器里的數值。

數字電源控制器在易用性方面比模擬控制器更有優勢。首先,由于數字電源控制的高集成度,需要確定、采購、跟蹤的元器件數量要少很多,這使得數字電源控制器非常容易使用。

其次,集成元件的數值由數字寄存器定義,寄存器里的數值可以很容易地通過器件的引腳或數字通信接口和圖形用戶界面進行修改。在后面的例子還將說明,對設計進行配置只是點擊鼠標這樣簡單的事情。

這要比模擬方案要容易得多,因為模擬方案還需要用電烙鐵和成箱的元器件。當你重新設計和優化的時候,每改變一次元器件的數值,都會增加設計風險。

最后,數字控制器更容易使用,因為你可以用幾個數字就把設計搞定,而且用數字方式進行設計也更容易。下面的幾個例子可用來說明這一點。

模擬電阻和電容器只有正的數值。把這些功能/數值用數字方式集成進來,就消除了這個限制,這樣就更容易采用原先在模擬域很難采用的方案。

補償是一個非常好的例子。數字補償的功能要遠遠多于模擬補償,例如高Q值電路的電壓模式控制很容易用數字控制器實現,但幾乎不可能用模擬控制器來實現。

優化算法以提高性能。模擬設計傾向于點方案,但負載、電壓源、環境條件很少是固定的。

因此,可以采用優化算法,對在這些變化條件下的性能進行優化。這些算法很容易在數字控制里,用嵌入式微控制器和非揮發性存儲器來實施。

數字控制器中的自發現算法把設計者從費時的系統標識中解放出來。比如,自動補償是今年發布的很多數字控制器上的新功能之一。

控制器會確定受控裝置的特性,并采用適合那個特定裝置的的配置。由于元器件的數值、運行狀態、環境條件被存儲在數字寄存器里,因此可進行遙測,并且也容易使用該功能。

系統能夠很快診斷出故障,用很短的指令改變運行參數,使系統啟動并運行。借用一句中國的諺語:"不改弦更張,便會重蹈覆轍"。

如果我們找不出應對功率轉換挑戰的辦法,前景恐怕不妙。數字電源的出現恰逢其時,為我們提供了急需的金剛鉆。