智能化数字电源系统案例分析

进入21世纪以来，开关电源正朝着智能化、数字化的方向发展。新问世的数字电源以其优良特性和完备的监控功能，正引起人们的广泛关注。数字电源（Digital Power Supply）是以数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）为核心，将数字电源驱动器、PWM控制器等作为控制对象，能实现控制、管理和监测功能的电源产品。数字电源的管理（如电源排序）必须全部采用数字技术。数字电源提供了智能化的适应性与灵活性，具备直接监控、远程故障诊断、故障处理等电源管理功能，能满足复杂的电源要求。数字电源与模拟电源的性能比较见表14-1。数字电源适应于控制参数较多、实时响应速度快、复杂的高性能电源系统中。例如设计从AC线路到负载的高端电源系统，广泛用于移动通信设备、计算机服务器、数据中心电源系统及不间断电源（UPS）等。模拟电源适应于简单易用、控制参数少、成本低的应用场合。

表14-1 数字电源与模拟电源的性能比较

目前生产的数字电源芯片主要有4大类：数字电源控制器，数字电源控制驱动器，数字电源PWM控制器，数字电源传动模块。由TI公司生产的数字电源控制器及数字电源控制驱动器的新产品见表14-2，可为设计AC/DC或DC/DC隔离/非隔离式数字电源提供解决方案。

表14-2 数字电源控制器及数字电源控制驱动器的新产品

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数字电源可由PWM、电源驱动器、DSP、接口电路、显示器和键盘组成。为简化配置，也可由TI公司生产的数字信号处理器（UCD9501）和数字控制电源驱动器（UCD7100）构成数字电源，电路如图14-17所示。交流电压经过整流滤波后获得的+36～+72V直流输入电压U_I，接高频变压器的一次绕组；还经过R₁、R₂分压后，分别接UCD9501的模拟输入端AN1、AN2。一次绕组的另一端接功率MOSFET。R₃为限流电阻。R₄为电流检测电阻。偏置绕组的输出电压通过VD₁、C₁整流滤波后得到+12V的直流偏压，接UCD7100的电源端U_DD。

图14-17 数字电源的典型电路

UCD7100输出的3.3V电压为UCD9501提供电源。次级整流滤波电路由VD₂、L和C₂组成，VD₁为续流二极管，U_O为直流输出电压。从UCD9501输出的脉宽调制信号（PWMA）送至UCD7100的IN端。UCD7100的极限电流标志端（CLF）接UCD9501的中断端（INT），极限电流设定端（I_LIMIT）接UCD9501的GMTR端。利用光耦隔离放大器可将输出级与输入级进行隔离。当U_DD=12V，UCD7100的负载电容C_LOAD=10nF，开关频率f=300kHz时，偏置功耗为P=C_LOADU²_DDf=10nF×（12V）2×300kHz=0.432W。偏置电流I=P/U_DD=0.432W/12V=0.036A。

若采用UCD7201，则可驱动两只外部功率MOSFET。此外还可用UCD9501和UCD8620组成数字电源系统。