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進入21世紀以來，開關電源正朝著智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展。新問世的數(shù)字電源以其優(yōu)良特性和完備的監(jiān)控功能，正引起人們的廣泛關注。數(shù)字電源提供了智能化的適應性與靈活性，具備直接監(jiān)控、遠程故障診斷、故障處理等電源管理功能，能滿足復雜的電源要求。

1 數(shù)字電源的發(fā)展趨勢

1.1 什么是數(shù)字電源

目前，數(shù)字電源有多種定義。

● 定義一：通過數(shù)字接口控制的開關電源（它強調(diào)的是數(shù)字電源的“通信”功能）。

● 定義二：具有數(shù)字控制功能的開關電源（它強調(diào)的是數(shù)字電源的“數(shù)控”功能）。

● 定義三：具有數(shù)字監(jiān)測功能的開關電源（它強調(diào)的是數(shù)字電源對溫度等參數(shù)的“監(jiān)測”功能）。

上述三種定義的共同特點是“模擬開關電源→改造升級”，所強調(diào)的是“電源控制”，其控制對象主要是開關電源的外特性

● 定義四：以數(shù)字信號處理器（DSP）或微控制器（MCU）為核心，將數(shù)字電源驅(qū)動器、PWM控制器等作為控制對象，能實現(xiàn)控制、管理和監(jiān)測功能的電源產(chǎn)品。它是通過設定開關電源的內(nèi)部參數(shù)來改變其外特性，并在“電源控制”的基礎上增加了“電源管理”。所謂電源管理是指將電源有效地分配給系統(tǒng)的不同組件，最大限度地降低損耗。數(shù)字電源的管理（如電源排序）必須全部采用數(shù)字技術(shù)。

● TI公司定義：數(shù)字電源IC是數(shù)字控制的電源管理IC，它能提供配置、監(jiān)視和監(jiān)控功能，并能擴展到全回路控制。

1.2 數(shù)字電源的分類

（1）標準的數(shù)字電源DPS（Digital Power Supply）

（2）廣義的數(shù)字電源

①數(shù)控電源DCP （Digital Control Power Supply）；

②可編程開關穩(wěn)壓器PSVR（Programmable Switching Voltage Regulator）；

③數(shù)控基準電壓源DCRV（Digital Control Reference Voltage Source）；

④數(shù)控電流源DCC（Digital Control Current Source）；

⑤ 特種數(shù)控電源（如可編程充電器、可編程電焊機電源、可

編程電源適配器）。

1.3 數(shù)字電源的發(fā)展趨勢

2005年，美國德州儀器公司（TI）率先推出數(shù)字電源產(chǎn)品，并提出了“融合數(shù)字電源”（Fusion DigitalPower）的解決方案。TI公司推出了第三代Fusion Digital Power控制器UCD9240以及全新插入式模塊，編程更加靈活、，進一步提高了電源系統(tǒng)管理的智能化程度。目前，國外著名芯片廠家飛思卡爾、愛立信、Atmel、Silicon等都在開發(fā)數(shù)字電源IC，數(shù)字電源正進入迅速發(fā)展的新時期。據(jù)Darnell Group公司預測，2008年數(shù)字電源控制器IC的價格將與現(xiàn)有的模擬產(chǎn)品基本持平。

目前盡管國外對數(shù)字電源的發(fā)展還有些爭議，但它畢竟代表了一項新技術(shù)。這如同20世紀70年代末穩(wěn)壓電源從線性電源改為開關電源時，曾遇到成本高、輸出噪音大等問題，但開關電源現(xiàn)已在許多領域取代了傳統(tǒng)的線性電源。隨著科技的發(fā)展和市場需求的擴大，從模擬電源到數(shù)字電源的轉(zhuǎn)型速度會大大加快，數(shù)字電源具有良好的發(fā)展前景。

2 數(shù)字電源與模擬電源的性能比較及適用領域

2.1 數(shù)字電源與模擬電源的性能比較

需要說明兩點：

● 第一，傳統(tǒng)意義的數(shù)控電源，只是調(diào)節(jié)輸出電壓或控制電源的啟動、關斷，并非真正意義的數(shù)字電源。

● 第二，數(shù)字電源和模擬電源只是習慣稱謂，并無嚴格的數(shù)字、模擬之分。因為即使模擬開關電源，其PWM也包含了時鐘、門電路等數(shù)字電路；而數(shù)字電源則包含ADC、基準電壓源、功率器件等模擬電路。因此，將數(shù)字電源理解成純數(shù)字化并不準確。

2.2 數(shù)字電源的適用領域

● 數(shù)字電源適合于控制參數(shù)較多、實時響應速度快、復雜的高性能電源系統(tǒng)，例如設計從AC線路到負載的高端電源系統(tǒng)。可廣泛用于移動通信設備、計算機服務器、數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)及不間斷電源（UPS）等。

● 模擬電源適應于簡單易用、控制參數(shù)少、成本低的應用場合。

3 數(shù)字電源的基本構(gòu)成及電路設計

3.1 數(shù)字電源的基本構(gòu)成

TI公司數(shù)字電源的一種配置方案

（1）32位數(shù)字信號處理器（DSP）UCD9501

內(nèi)部主要包含：

● 100MHz的32位CPU

● 時鐘振蕩器

● 3個32位定時器

● 看門狗電路

● 內(nèi)部/外部中斷控制器

● SCI總線、SPI總線、CAN總線及總線接口

● 12路PWM信號輸出

● 系統(tǒng)控制器

● 16通道12位ADC

● 16K×16 Flash，6K×16 SARAM，1K×16ROM。

● 它采用標準的3.3V輸入/輸出接口。

● 利用Power PADTM HTSSOP和QFN軟件包可進行編程。

（2）數(shù)字電源驅(qū)動器UCD7100

（3）PWM控制器UCD8220

3.2 數(shù)字電源的電路設計

過流保護及關斷功能

過流保護電路的工作原理是當IO＞2.0A時，即可發(fā)出報警信號。當IO超過設定電流時，單片機立即輸出過流關斷信號（高電平），使UC3843B的誤差電壓變?yōu)榈碗娖?，關斷UC3843B的輸出；并使MOSFET截止，強行關斷開關電源的輸出，起到保護作用。一旦排除過流故障，單片機就發(fā)出低電平信號，使開關電源自動恢復正常工作狀態(tài)。過流關斷閾值電流可通過鍵盤設定。設定范圍是2.0～3.0A。

4 可編程開關穩(wěn)壓器的電路設計

● 可調(diào)式開關式穩(wěn)壓器是通過手動調(diào)節(jié)電阻值來改變輸出電壓的，不僅調(diào)節(jié)精度低，而且使用不夠方便。

● 用數(shù)字電位器代替可調(diào)電阻，可構(gòu)成由計算機控制的可編程開關穩(wěn)壓器。

4.1 數(shù)字電位器的基本工作原理及數(shù)學模型

● 數(shù)字電位器（Digital Potentiometer）亦稱數(shù)控電位器

（Digitally Controlled Potentiometers，DCP），是一種頗具發(fā)展前景的新型電子器件，在許多領域可取代傳統(tǒng)的機械電位器，廣泛用于儀器儀表、計算機及通信設備、家用電器、工業(yè)控制、線性及開關穩(wěn)壓器等領域。

● 數(shù)字電位器的等效電路

數(shù)字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件。

審核編輯 黃昊宇