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数字电源的组成结构

图1为数字控制的电源系统的典型结构框图。系统包括模拟部分、数字部分以及模拟数字的接口电路。模拟部分主要是各种拓扑的变换电路及负载电路组成;数字部分为微处理器芯片及其外设;接口电路包括从模拟部分到数字部分的采样网络及a/d转换器和从数字部分到模拟部分的pwm外围电路、相应的门极驱动电路及d/a转换器或i/o外围电路。
数字电源可以完成对pwm控制环路的数字控制和数字电源管理与通信任务。系统可以使用一种或两种形式的数字电源。数字电源的关键数字器件有数字电源驱动器、数字电源pwm控制器和数字信号处理器等。
一、数字电源驱动器
目前,数字控制电源驱动器芯片中比较典型的应用有美国德州仪器公司(ti)公司的ucd7100/7201芯片。二者的区别是:ucd7100为单端输出,ucd7201为双端输出,额定输出电流均为±4a,可驱动mosfet开关功率管,均可适配ucd9110/9501型数字控制器。主控制器可监控其输出电流,快速检测过流故障并迅速关断电源,检测周期仅为25ns.
现以ucd7100为例,该芯片主要包括3.3v电压调整器及基准电压源、触发器、施密特比较器、欠压关断电路、控制门、true drive驱动器等部分组成。“true drive”(真驱动)为ti公司的专有技术,它是由并联双极性晶体管和mosfet管组成上拉/下拉电路构成的混合输出级。其优点是驱动能力强,在低电压时也能正常输出,并能在极低输出阻抗下控制外部功率mosfet的过压、欠压保护,功率mosfet不需要接起保护作用的肖特基钳位二极管。ucd7100能在几百fis的时间内给mosfet的栅极提供一个高峰值电流,快速开启驱动器。ucd7100的高阻抗数字输入端(in)能接收3.3v逻辑电平、最高开关频率达2mhz的信号。利用施密特比较器能将内部电路与外部噪音隔离。若控制器的pwm输出停在高电平上并发生过电流故障,电流检测电路就关断驱动器的输出,系统可进入重试模式。通过dsp或mcu内部的看门狗电路,能重新启动片。ucd7100内部的3.3v/10ma电压调整器可作为数字控制器的电源。
二、数字电源控制器
美国德州仪器公司(ti)公司的ucd8220/8620是受dsp或mcu数字控制的双端推挽式pwm控制器。二者区别是ucd8220可利用48v低压启动,ucd8620内部增加了110v高压启动电路。ucd8220的内部框图如图2所示。
该芯片主要包括3.3v电压调整器及基准电压源、脉宽调制器(pwm)、驱动逻辑、推挽式驱动器、欠压关断电路、限流电路、电流检测电路。ucd8220/8620可运行在峰值电流模式或电压模式,不仅能对极限电流进行编程,还输出一个能受主控制器监控的极限电流数字标志。ucd8220 /8620的时序t作波形如图3所示。
三、数字信号处理器
目前,专为数字电源系统配套的数字信号处理器有美国德州仪器公司(ti)公司的ucd9501、tms320f2808和tms320f2806等。它们内部主要包含100mhz的32位cpu、时钟振荡器、3个32位定时器、看门狗电路、内部/外部中断控制器、sci总线、spi总线、can总线及i2c总线接口、12路pwm信号输出、系统控制器、16通道12位adc、16k×16flash、6k×16saram、1k×16rom.它采用标准的3.3v输入/输出接口,与ucd8k系列完全兼容,利用power padtm htssop和qfn软件包可进行编程。
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