数字电源优势分析
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模拟电源:即变压器电源,通过铁芯、线圈来实现,线圈的匝数决定了两端的电压比,铁芯的作用是传递变化磁场,(我国)主线圈在50HZ频率下产生了变化的磁场,这个变化的磁场通过铁芯传递到副线圈,在副线圈里就产生了感应电压,于是变压器就实现了电压的转变。
模拟电源的缺点:线圈、铁芯本身是导体,那么它们在转化电压的过程中会由于自感电流而发热(损耗),所以变压器的效率很低,一般不会超过35%。
音响器材功放中变压器的应用:大功率功放需要变压器提供更多的功率输出,那么,只有通过线圈匝数的增加、铁芯体积的增大来实现,匝数和铁芯体积的增加就会加重其损耗,所以,大功率功放的变压器必须做的非常大,这样就会导致:笨重,发热量大。
开关电源:在电流进入变压器之前,通过晶体管的开关功能,将我们通常50HZ的电流频率提升到数万HZ,在这么高的频率下,磁场变化频率也达到几万HZ,那么,就可以减少线圈匝数、铁芯体积获得同样的电压转化比,由于线圈匝数、铁芯体积的减少,损耗大大降低,一般开关电源效率达到90%,而体积可以做的非常小,并且输出稳定,所以开关电源具有模拟电源难以达到的优点。
(开关电源也有自己的不足,如输出电压有纹波及开关噪声,线性电源是没有的)音响器材-功放中开关电源的应用:开关电源的描述过程中已经表明开关电源的优势,所以即使是大功率功放,开关电源一样可以做的很精细、小巧,目前国内的数字功放以深圳崔帕斯数字音响设备公司的数字功放最为领先,他们目前已经发展到T类纯数字功放,并且下一代S类功放也在研发中了,具体请参看如下资料:数字电源在简单易用、参数变更要求不多的应用场合,模拟电源产品更具优势,因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现,而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中,数字电源则具有优势。
此外,在复杂的多系统业务中,相对模拟电源,数字电源是通过软件编程来实现多方面的应用,其具备的可扩展性与重复使用性使用户可以方便更改工作参数,优化电源系统。
智能化数字电源的应用与发展研究作者:孔维成李悦袁赛杨海明来源:《电子世界》2012年第03期【摘要】数字电源以其高性能和高可靠性的特点在工农业生产、国防、航空航天及医疗设备等领域得到广泛应用。
文章介绍了数字电源具有电源管理功能完善、能面向用户设计等显著优点。
对当今数字电源的技术发展情况进行了分析,阐述了数字电源技术在未来各领域将得到广泛应用。
【关键词】数字电源;智能化;设计;应用;发展1.引言进入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,引起人们的广泛关注。
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。
数字电源的这些特点使其在现在的诸多领域得到很好的应用,并将继续扩展它的应用范围。
因此对数字电源应用的研究十分重要。
2.数字电源的技术特性数字电源是以数字信号处理器DSP(Digital Signal Processing)或微控制器MCU(Micro Control Unit)为核心,将数字电源驱动器、PWM(Pulse Width Modulation)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,能提供管理和监控功能,并延伸到对整个回路的控制。
数字电源有用DSP控制的,还有用MCU控制的。
相对来讲,DSP控制的电源采用数字滤波方式,较MCU控制的电源更能满足复杂的电源需求、实时反应速度更快、电源稳压性能更好。
数字电源管理DPM(Design Pro-ject Manager)是指用数字信息来管理电源系统及其电源的整体运作。
有了DPM,就可以利用数字信号实现与电源的通信,可实现对电源系统加电、测序、负载分配和平衡、故障分析、热交换、维护保养及其它任务。
数字电源控制器DCP(Digitally Controlled Potentiometers)是指,用数字技术来控制电源单元内部的功率开关功能。
dsp电源方案一、引言在现代电子设备中,数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)被广泛应用于音频、视频、通信等领域。
而为DSP提供稳定可靠的电源方案是确保其正常运行的重要前提。
本文将介绍几种常见的DSP电源方案,并分析其优缺点。
二、线性稳压器方案线性稳压器是一种常见的DSP电源方案。
其基本原理是通过电流放大器和反馈控制回路来稳定输出电压。
线性稳压器具有稳定性好、噪声低的特点,适用于对供电质量要求较高的应用场景。
然而,线性稳压器存在一些缺点。
首先,其效率较低,由于其过剩功耗较大,导致能源浪费。
其次,线性稳压器对输入电压波动较为敏感,当输入电压变化较大时,输出电压可能不稳定。
此外,线性稳压器的体积较大,不适用于一些空间有限的应用场景。
三、开关稳压器方案开关稳压器是另一种常见的DSP电源方案。
开关稳压器通过开关管的开关状态控制输出电压的稳定性。
相比于线性稳压器,开关稳压器具有效率高、体积小的优点,适用于功耗较大的应用场景。
然而,开关稳压器也存在一些缺点。
首先,由于其开关管的开关动作会产生功率转换的噪声,使得其输出电压可能带有一定的纹波。
其次,开关稳压器对输入电压的要求较高,当输入电压波动较大时,输出电压也可能不稳定。
此外,开关稳压器的设计和调试难度较大,需要考虑开关频率、滤波电路等因素。
四、混合稳压器方案为了克服线性稳压器和开关稳压器各自的缺点,一种折衷方案是采用混合稳压器方案。
混合稳压器方案结合了线性稳压器和开关稳压器的特点,同时利用两种稳压器的优势,提供更稳定的电源输出。
混合稳压器方案一般采用线性稳压器和开关稳压器串联的方式。
线性稳压器起到滤波和稳压的作用,将开关稳压器输出的纹波进行滤除,提供干净稳定的电源输出。
这种方案有效地解决了开关稳压器输出纹波和线性稳压器效率低的问题。
五、其他电源方案除了线性稳压器、开关稳压器和混合稳压器外,还有一些其他的电源方案可供选择。
数字可调电源原理
数字可调电源的原理基于数字信号处理技术,其核心是数字控制芯片。
具体来说,数字可调电源将输入的电压或电流信号转换为数字信号,然后通过数字控制芯片进行数据处理和调节。
这些处理包括对信号的采样、处理、分析和控制等步骤,最终输出所需的电压和电流。
数字控制芯片通常包含一系列的数字信号处理模块,如模数转换器(A/D转换器)、数模转换器(D/A转换器)和脉宽调制控制器(PWM控制器)等。
这些模块可以对电源的输出进行精确的控制和调节,以实现高精度的输出电压和电流。
相比于传统的模拟电源,数字可调电源具有高精度、高稳定性、快速响应等优点。
其数字化的控制方式可以避免模拟电源中由于热、湿度、老化等因素导致的误差和失真,从而提高了电源的可靠性和稳定性。
此外,数字可调电源还可以通过软件进行远程控制和调节,具有更高的灵活性。
以上内容仅供参考,如需获取更多信息,建议查阅数字可调电源相关的专业书籍或咨询相关技术人员。
不再夸张的数字电源技术分类:电源技术 Paul Rako,EDN技术编辑要点•数字电源可以降低成本,简化你的设计,并提高精度。
•数字电源非常适用于输出余量设定及逐周期回路补偿。
•很多系统工程师并不想要或需要非线性控制或自适应补偿。
•数字电源能提高效率的声称通常无法证实。
•数字电源确有独特的性能,但也存在折衷。
最近,营销部门一直在大肆吹嘘已在学术界徘徊了几十年的数字电源,他们没有恶意,只是热情过度(图1)。
现在,其中的一些夸张之词已经消逝,是时候讨论一下数字电源适合什么,其工作原理,缺点,以及它的折衷(参考文献1)。
不过,尽管它有缺点,各家公司仍然开发和部署了一些器件,它们在不涉及折衷的情况下,充分利用了数字控制回路的好处。
图1,数字电源最终达到了平稳量产的阶段(Gartner集团提供)。
芯片公司对数字电源的定义是五花八门。
有些公司认为,数字电源包含了围绕一个模拟PWM(脉冲宽度调制)回路的数字功能与通信链接。
其它公司称,数字电源是一种内置数字PWM芯片的状态机。
还有一些公司表示,数字电源包括了一个通用DSP,DSP运行着一个闭合控制回路的算法。
而过去十年来学术意义上的真正数字电源,则拥有一个数字PWM回路,并带有一个状态机或一只DSP。
一只模拟PWM器件上加上一个串行总线并不能成为数字电源。
不过,数字电源可以免除或消除对某些元件的要求,从而可以降低成本。
你可以为一只DSP加一个FET驱动芯片和一些代码,以控制涡轮风机的扇叶角度和变频器,基本上这就是简单的数字电源了。
例如,德州仪器公司十多年前就开始为其DSP提供电源库。
该公司现在生产多个系列基于DSP的电源芯片(图2)。
CamSemi公司尝试减少器件数,提供5W C2161PX2 ac/dc控制器,它采用反馈变压器上的一个检测绕组,而不是昂贵的光耦(参考文献2与图3)。
数字电源不用二极管来检测反馈波形,当检测绕组的反馈信号为负值,以及不表示次级的输出电压时,就消除这个信号。
电源招聘专家模拟电源、开关电源、数字电源的区别在电源设计中我们如何选择电源模块,那么选择的前提是,我们得了解各种电源,了解各种电源的区别,那样我们才可以正确的选择电源模块。
模拟电源介绍模拟电源:即变压器电源,通过铁芯、线圈来实现,线圈的匝数决定了两端的电压比,铁芯的作用是传递变化磁场,(我国)主线圈在50HZ频率下产生了变化的磁场,这个变化的磁场通过铁芯传递到副线圈,在副线圈里就产生了感应电压,于是变压器就实现了电压的转变。
模拟电源的缺点:线圈、铁芯本身是导体,那么它们在转化电压的过程中会由于自感电流而发热(损耗),所以变压器的效率很低,一般不会超过35%。
音响器材功放中变压器的应用:大功率功放需要变压器提供更多的功率输出,那么,只有通过线圈匝数的增加、铁芯体积的增大来实现,匝数和铁芯体积的增加就会加重其损耗,所以,大功率功放的变压器必须做的非常大,这样就会导致:笨重,发热量大。
开关电源介绍开关电源:在电流进入变压器之前,通过晶体管的开关功能,将我们通常50HZ的电流频率提升到数万HZ,在这么高的频率下,磁场变化频率也达到几万HZ,那么,就可以减少线圈匝数、铁芯体积获得同样的电压转化比,由于线圈匝数、铁芯体积的减少,损耗大大降低,一般开关电源效率达到90%,而体积可以做的非常小,并且输出稳定,所以开关电源具有模拟电源难以达到的优点。
(开关电源也有自己的不足,如输出电压有纹波及开关噪声,线性电源是没有的)音响器材-功放中开关电源的应用:开关电源的描述过程中已经表明开关电源的优势,所以即使是大功率功放,开关电源一样可以做的很精细、小巧,目前国内的数字功放以深圳崔帕斯数字音响设备公司的数字功放最为领先,他们目前已经发展到T类纯数字功放,并且下一代S类功放也在研发中了,具体请参看如下资料:数字电源介绍在简单易用、参数变更要求不多的应用场合,模拟电源产品更具优势,因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现,而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中,数字电源则具有优势。
开关电源技术是电力电子技术的一个重要领域,有着广阔应用前景,近年来,随着DSP 等电子器件的小型化、高速化,开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。
用于开关电源的数字控制器已经在电力电子领域中引起了越来越多的关注,各种在模拟电路中难以实现的现代控制方法也开始应用于开关电源的控制中,大大丰富了开关电源的控制方案。
数字控制系统的概述信号处理实际就是构造信号与信号之间的传递函数,实现方法有两种:模拟方式和数字方式。
模拟方式使用电容、电阻、运算放大器等模拟器件来直接实现滤波、补偿、比较等控制功能,而数字方式则是先将模拟量数字化,再进行数字处理,然后还原成模拟信号。
(a)模拟控制开关变换器(b)数字控制开关变换器图a、b为模拟控制开关变换器与数字控制开关变换器的结构图。
两者相同的部分为功率单元和滤波单元,不同部分在于控制单元:模拟控制开关变换器采用模拟控制器,包括模拟补偿网络、脉冲宽度调制器(PWM)和斜坡信号;而数字控制开关变换器采用数字控制器,包括模数转换器(A/D Converter)、数字补偿器(Compensator)和数字脉冲宽度调制器(DPWM)。
模拟控制系统是传统的电路控制形式,经过多年研究,技术已经非常成熟。
随着电力电子技术及其控制技术的不断发展,模拟控制的局限性也越来越明显。
首先,模拟元器件的元器件老化问题和不可补偿的温漂问题,以及受环境干扰(如工作环境温度,电磁噪声等)等因素都会影响控制系统的长期稳定性。
同时,模拟控制系统需要大量的分立元件和电路板,器件数量多,制造成本高,对于每一个采用模拟控制的电路装置,其控制系统都需要专门的设计。
每一次产品的更新换代,都需要重新设计、制作它们的控制系统。
另外,目前大多数的模拟控制回路,仍采用传统的PID调节,而很少采用现代控制理论提供的控制方案。
在高性能低价格的微控制器和DSP处理器不断涌现的今天,数字控制系统的应用越来越广。
因为与传统的模拟控制器相比,基于DSP的数字控制器具有如下优点:●系统构成简单和可靠性高与模拟控制相比,完成同一任务,数字信号处理器的外围电路简单,数字控制器使用非常少的模拟元器件,解决了模拟控制中元器件老化和温漂带来的问题。
●灵活性强和兼容性好传统的模拟控制器是通过调节和改变具体元件的参数值来实现不同的控制规律。
如果电源的某一具体要求改变了,设计者需要使用另一组具有不同参数值的元件来重新设计和制作控制器,这样不可避免地会造成许多资源上的浪费,而且设计周期比较长。
而数字控制器只需通过软件编程就可以修改控制算法或提高系统性能,这使得设计工作变得相当灵活容易实现系统的升级。
还可以利用DSP芯片的高处理能力实现传统的模拟方法不能实现的一些复杂控制算法,大大提高系统的性能(如可以减小电流的纹波,减小滤波器的尺寸等)。
另外也可以对不同的系统或产品采用统一的控制板,在主电路板上设计统一的接口,系统的兼容性好。
●易于实时监控随着人们对电源的故障管理、运行状态的监测与控制的要求越来越高,而这些需求通过模拟电路是很难实现的,于是在一些要求较高的电源中开始加入了微处理器来实现对电源各种状态信息的采集与处理,并可以和上位机进行通讯,为用户提供电源的实时诊断信息。
数字控制电源使对电源的工作状态的远距离监测成为了可能,如设计人机界面,利用DSP与外界的通讯实时显示系统的运行状态的各个参数,完成与系统间友好互动。
一、非隔离DC/DC技术迅速发展近年来,非隔离式DC/DC技术发展迅速.目前一套电子设备或电子系统由于负载不同,会要求电源系统提供多个电源档级.如台式PC机就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四种电压以及待机的+5V电压,主机板上则需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等.一套AC/DC中不可能给出这么多的电压输出,而大多数低压供电电流都很大,因此开发了很多非隔离的DC/DC,它们基本上可以分为两大类.一类在内部包含有功率开关元件,称DC/DC转换器.另一类不含功率开关,需要外接功率MOSFET,称DC/DC控制器.按照电路功能划分,有降压的STEP-DOWN、升压的BOOST,还有能升降压的BUCK-BOOST或SEPIC等,以及正压转成负压的INVERTOR等.其中品种最多,发展最快的还是降压的STEP-DOWN.根据输出电流的大小,分为单相,两相及多相.控制方式以PWM为主,小部分为PFM.在非隔离的DC/DC转换技术中,TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步BUCK,采用这种技术的DC/DC转换效率最高可以达到97%,其中TPS40071等是其代表产品.BOOST升压方式也出现了采用MOSFET代替二极管的同步BOOST的产品.在低压领域,增加效率的幅度很大,而且正在设法进一步消除MOSFET的体二极管的导通以及反向恢复问题.二、开关电源吹响数字化号角目前在整个的电子模拟电路系统中,电视、音响设备、照片处理、通讯、网络等都逐步实现了数字化,而最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域了.近年来,数字电源的研究势头不减,成果也越来越多.在电源数字化方面走在前面的公司有TI和MICROCHIP.TI公司既有DSP 方面的优势,又兼并了PWM IC专业制造商UNITRODE公司,该公司已经用TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源模组,其中PFC和PWM部分完全为数字控制.现在,TI公司已经研发出了多款数字式PWM控制芯片.目前主要是UCD7000系列、UCD8000系列和UCD9000系列,它们将成为下一代数字电源的探路者.它们总体上既包含硬件部分,也包含软件编程.硬件部分包括PWM的逻辑部分、时钟、放大器回路的模数转换、数模转换以及数字处理、驱动,同步整流的检测和处理等.目前在电源领域里的竞争主要还是性能价格的竞争,所以数字电源还有很长的路要走,然而电源领域的数字化号角已经吹响了.三、初级PWM控制IC不断优化有源箝位技术历经十余年经久不衰,自从2002年VICOR公司此项专利技术到期解禁之后,各家公司开发的新型有源箝位控制IC如雨后春笋般涌现,给用户提供了充分的选择.控制早期有源箝位控制技术的TI,不仅保持了原有的UCC3580系列,又新开发了性能更优越的UCC2891-94,它采用电流型控制方式,综合了高边箝位、低边箝位两种控制方案,给出了全新的控制技巧.ONSEMI先推出了低压(100V)有源箝位的NCP1560控制芯片,随后又推出了高压应用的控制芯片NCP1280,它既解决了LCD TV等离子TV电源的要求,现在又直指下一代无风扇的PC机电源.美国NS公司的5000系列中专门有一款LM5025的有源箝位控制IC,连名不见经传的SEMTECH公司也给出了有源箝位的控制芯片,型号是SC4910, 可见其背后蕴藏着巨大的市场商机.直到最近TI公司又推出的有源箝位控制IC UCC2897,已经将有源箝位的PWM控制做到了完美无缺.而飞兆公司则给出了最廉价的有源箝位控制IC,即SD7558和SD7559.在大功率领域,全桥移相ZVS软开关技术在解决开关电源的效率上功不可没.从TI公司的UC3857到UCC3895,再从LINEAR公司的LTC1992到LTC3772增加了自适应检测技术,使全桥移相技术达到了顶峰.然而,在同步整流技术普遍应用的今天,它却无法实现最佳的ZVS同步整流.因为全桥移相电路在本质上是属于非对称的,它无法实现完全的ZVS同步整流,由于其开启和关断过程总有一半是硬开关,因而效率比不上对称电路拓扑的ZVS方式的同步整流.最新的科技成果应该是INTERSIL公司推出的PWM对称全桥的ZVS控制IC ISL6752.它既能控制初级侧的四个MOS开关为ZVS工作状态,又能准确地给出控制二次侧的同步整流为ZVS工作状态的驱动信号.采用这颗IC制作的400W的DC/DC再加上先进的功率MOSFET,转换效率可达到95%.对于小功率的开关电源,则仍然是反激变换器的PWM控制IC,但是它必须要能很好地解决二次侧的同步整流控制方式.ONSEMI公司的NCP1207和NCP1377是高压AC/DC领域的佼佼者.若能再配上TI公司的反激变换器的同步整流控制IC UCC27226,则能使它们成为几乎完美无瑕的高效率电源.低压DC/DC领域中的反激变换器控制IC中,LINEAR公司的LTC3806则是上乘之作.L TC3806不仅能控制信号PWM,还给出准确的二次侧同步整流驱动信号,是低压小功率电源控制IC的杰作.综上所述,开关电源设计时可以选择最佳控制方式和最佳电路拓扑.大功率应该是全桥ZVS 加上二次侧ZVS同步整流,典型控制IC是ISL6752;中功率到小功率应该是有源箝位正激变换ZVS软开关配上二次侧的预检测栅驱动技术的同步整流;而小功率应该是配好同步整流的反激变换.当然,这里没有绝对的界限,只是不同的条件下应该有相应的最佳选择.四、同步整流技术实现高效从上世纪90年代末期同步整流技术诞生以来,开关电源技术得到了极大的发展,采用IC控制技术的同步整流方案已经为研发工程师普遍接受,现在的同步整流技术都在努力实现ZVS、ZCS方式的同步整流.从2002年美国银河公司发表了ZVS同步整流技术专利之后,现在已经得到了广泛应用.这种方式的同步整流系巧妙地将二次侧驱动同步整流的脉冲信号调为比一次侧的PWM脉冲信号上升沿超前,下降沿滞后的方法实现了同步整流MOS的ZVS方式工作.最新问世的双输出式PWM控制IC几乎都在控制逻辑内增加了对二次侧实现ZVS同步整流的控制端子.例如:LINEAR公司的L TC3722、LTC3723,INTERSIL公司的ISL6752等.这些IC不仅努力解决好初级侧功率MOSFET的软开关,而且着力解决好二次侧的ZVS方式的同步整流,转换效率可达94%.在非对称的开关电源电路拓扑中,特别是对于性能良好的正激电路或正激有源箝位电路,在二次侧的同步整流中,为了实现ZVS方式的同步整流,消除MOSFET体二极管的导通损耗和反向恢复时间带来的损耗,TI公司的专利技术“预检测栅驱动技术”在控制芯片中增加了大量的数字控制技术,正激电路同步整流的控制芯片UCC27228的诞生使正激电路的效率达到了前所未有的高效率.再配合好初级侧的有源箝位技术之后,使这种最新的电路模式既做到了初级侧的软开关ZVS工作方式,又解决了磁心复位及能量回馈,减轻了功率MOSGET的电压应力,还做到了二次侧的ZVS最佳状态的同步整流,综合使用这两项技术的中小功率的DC/DC变换器,其效率都在94%以上,功率密度也都能达到200W/inch .随着电力电子技术的高速发展,开关电源得到了广泛应用,而日新月异的高科技产品也对开关电源提出了更高的要求。