如圖5所示，異步轉(zhuǎn)換的功能在數(shù)字電源轉(zhuǎn)換應用中很重要。在異步轉(zhuǎn)換中，ADC不限于周期性采樣速率。這些應用要求采樣點與根據(jù)PWM模塊輸出的驅(qū)動信號設定的精確位置對齊。采用多個ADC采樣保持電路同樣很重要，因為它們可靈活地由數(shù)字PWM外設直接觸發(fā)。由于軟件引入的抖動，通過軟件觸發(fā)(與由數(shù)字PWM觸發(fā)相比)無法產(chǎn)生有用的結(jié)果。通過軟件觸發(fā)的方式還會因執(zhí)行軟件而引入過長的時間。

模擬比較器提供了直接在數(shù)字控制回路中執(zhí)行所無法獲得的額外好處，這是由于：

.ADC無法連續(xù)監(jiān)視信號。
.ADC的監(jiān)視功能受ADC速度限制。如果ADC花費所有的時間監(jiān)視特定的信號，它將無法監(jiān)視其他任何事務。
.基于ADC的電流監(jiān)視會延長電流測量和PWM輸出之間的延時(> 300 ns)。
.模擬比較器使電流測量和PWM輸出之間的延時約25納秒。
.模擬比較器可監(jiān)視過壓或過流條件，而無需依賴處理器。
.模擬比較器無需下載處理器軟件或ADC，就可執(zhí)行電流模式的控制。

一般來說，用來執(zhí)行限流或數(shù)字PWM信號的故障關斷功能的模擬比較器對于數(shù)字電源轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)很重要。圖6給出了使用模擬比較器執(zhí)行限流的系統(tǒng)示例。
 
圖6  使用模擬比較器進行限流

模擬比較器接入數(shù)字電源系統(tǒng)的方式也很重要。例如，每個模擬比較器均應自帶一個10位DAC，從而允許用戶控制比較器的閾值。比較器的參考電壓必須精確而穩(wěn)定，且比較器必須具有快速響應。

通常，從檢測到模擬電壓到比較器修改PWM輸出的時間應為20納秒左右。限流控制或故障響應就是在這個時間段內(nèi)執(zhí)行的。這個響應時間比通過軟件“查詢”技術可能花費的時間快很多，軟件技術會使用ADC和處理器軟件來修改PWM輸出，作為對條件變化的響應。

復雜的電源產(chǎn)品和數(shù)字電源轉(zhuǎn)換

將數(shù)字電源轉(zhuǎn)換技術應用到更為復雜的電源產(chǎn)品會帶來很多好處。例如，圖7給出了一個AC至DC電源的框圖。
 
圖7   數(shù)字AC至DC電源框圖

圖7中的設計被分為三個主要部分—升壓PFC、隔離的DC至DC轉(zhuǎn)換器和弱電側(cè)的一組低壓DC至DC同步降壓轉(zhuǎn)換器。在PFC電路中，交流輸入電壓被轉(zhuǎn)換為直流電壓并被升至400 V，該電路負責使設計中的電源線電壓失真降至最小。PFC確保電源線上的電流成正弦波形，與線電壓同相位。

PFC電路輸出的400 VDC總線電壓隨后被饋送給推挽式DC至DC調(diào)制器電路，該電路產(chǎn)生的脈沖電壓可應用給變壓器。變壓器隔離交流線路和直流輸出電壓并執(zhí)行從400 VDC到12VDC的電壓轉(zhuǎn)換。然后對變壓器的輸出進行整流和濾波。

該設計使用“中間總線”架構。中間總線電壓為12 VDC，它不直接驅(qū)動負載而是向一組同步降壓轉(zhuǎn)換器供電。這些轉(zhuǎn)換器將中間電壓轉(zhuǎn)換為最終輸出電壓。

本設計中使用了兩個DSC—一個控制PFC和推挽式電路，另一個控制降壓轉(zhuǎn)換器并將信息反饋到強電側(cè)DSC。在系統(tǒng)中放入這兩個DSC在保持系統(tǒng)兩邊全功能工作的前提下大大降低了隔離的成本和復雜度。隔離可被限制為隔離用于處理器間串行通信的兩個數(shù)字信號，能以低廉而可靠的方式實現(xiàn)。這樣的設計消除了對模擬信號進行隔離的需要。系統(tǒng)中DSC的價格應足夠低，體積應足夠小，從而可在必要時在一個設計中使用多個。

目前許多SMPS使用“硬開關”，其中晶體管的導通與關斷與施加給晶體管的信號的電流相位和電壓無關。

在硬開關轉(zhuǎn)換器中，電壓和電流同相，因此開關功率損耗與開關頻率和時間直接成正比。這種情況下開關時間很可能與實際所能達到的時間一樣短。為進一步降低開關損耗開發(fā)了SMPS拓撲結(jié)構和控制方案，以將開關過程中晶體管電壓相對于其電流的相位進行移動。如果開關過程中電壓或電流為零，則開關功率損耗為零。

采用“軟開關”可提高電源的效率、降低其成本并增加可靠性。此外，通過實現(xiàn)較高的開關速率，可使用更小的儲能器件和磁性元件，從而進一步降低系統(tǒng)成本和尺寸。通過使用軟開關，還會降低系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量，因而會使儲能器件和磁性元件具有更大的裕量—從而進一步提高了系統(tǒng)可靠性。

訣竅是要以經(jīng)濟的方式實現(xiàn)軟開關，這就要求數(shù)字PWM模塊具有支持軟開關技術的額外功能。要實現(xiàn)各種各樣的拓撲結(jié)構和先進的開關技術，如上述討論的有關軟開關的技術，所選芯片上的數(shù)字PWM應相當靈活。PWM模塊中針對數(shù)字電源轉(zhuǎn)換的功能包括下述幾種工作模式所需的功能：

1. 標準。標準模式是標準的非互補的輸出模式，其中一路或兩路輸出提供相同的PWM波形。
2. 互補?；パa模式在一個引腳上提供PWM輸出信號，在另一個引腳上提供與之互補的PWM信號。
3. 推挽。推挽模式在一個輸出引腳上提供標準PWM信號。在下一個周期，由另一個引腳輸出相同的PWM信號，然后這一過程不斷重復。
4. 多相。多相模式允許多個PWM發(fā)生器輸出同步的PWM信號，但這些信號之間存在相移。
5. 可變相位?？勺兿辔荒Ｊ脚c多相模式類似，但前者信號間的相位關系是不斷改變的。
6. 電流復位。電流復位模式是一種變頻模式，由用戶指定導通時間，由外部信號或內(nèi)部模擬比較器截斷導通時間使PWM輸出關斷。
7. 限流。限流模式是標準、互補、推挽、多相和可變相位模式的一種形式，其中模擬比較器或外部信號會逐周期截斷數(shù)字PWM的導通時間。

結(jié)語

電源產(chǎn)品中正越來越多地使用數(shù)字電源轉(zhuǎn)換技術以提高產(chǎn)品的性能、效率和功率密度。本文闡述了設計人員可用來達到這些目標的實用技巧，首先是選擇合適的硬件架構。數(shù)字電源設計的實際需求以及如何滿足這些需求是設計人員開發(fā)經(jīng)濟高效的數(shù)字電源產(chǎn)品的絕對重點。 

使用數(shù)字技術的重要價值之一就在于它給予了設計人員創(chuàng)造和保護新知識產(chǎn)權(IP)的自由。使用新型靈活的DSC開發(fā)數(shù)字電源轉(zhuǎn)換應用的設計人員正在嘗試使用新的技術來進行拓撲結(jié)構和算法創(chuàng)新。由于新的IP是采用軟件而不是硬件實現(xiàn)的，因而可得到快速而高效的測試。