數(shù)字電源和模擬電源在實際電路應(yīng)用中的區(qū)別，附實戰(zhàn)方案

發(fā)布時間：2024-11-14 閱讀量：786 來源: 我愛方案網(wǎng) 作者: bebop

數(shù)字電源即通過一顆通用的數(shù)字信號控制器，完成傳統(tǒng)模擬電源控制IC所具備的PWM、保護、環(huán)路補償?shù)裙δ埽瑫r具備通信監(jiān)控功能。

數(shù)字電源技術(shù)在精度、響應(yīng)速度、靈活性、集成性、效率、故障診斷、可靠性和用戶體驗等方面優(yōu)于傳統(tǒng)模擬電源。通過這些優(yōu)勢，數(shù)字電源能夠更好地滿足現(xiàn)代高性能系統(tǒng)對可控性和快速實時反應(yīng)的要求，而模擬電源具有簡單、直觀、易于理解等優(yōu)點，適用于一些傳統(tǒng)的電子設(shè)備。

數(shù)字電源的數(shù)字信號控制器取代了模擬電源的控制芯片、環(huán)路補償?shù)倪\放及相關(guān)器件。軟件處理的靈活性是傳統(tǒng)模擬電源遠不能比的，比如軟件可以處理電路保護、非線性計算等任務(wù)，硬件層面關(guān)注功率電路、磁性器件、驅(qū)動電路、采樣電路等電路設(shè)計。

控制器主要分為通用處理器和專用控制芯片兩類：

通用數(shù)字信號控制器：即是一個運算能力較強的MCU，比如TI的TMS320F2802x/03x系列，Microchip的dispic系列，F(xiàn)reescale的DSP，F(xiàn)reescale被收購后叫NXP，又推出了Kinetis系列的針對數(shù)字電源的和電機控制的芯片，與之前Freescale的DSP相比而言，內(nèi)核變?yōu)閍rm內(nèi)核。ST也有一些數(shù)字電源的通用控制器。

專用數(shù)字電源控制芯片：比如TI的UCD系列，cortex-M3內(nèi)核，該芯片把環(huán)路固定在芯片內(nèi)部由硬件實現(xiàn)，環(huán)路參數(shù)可以更改，但結(jié)構(gòu)沒法改，環(huán)路的數(shù)量也有限。相對于DSP，優(yōu)點是環(huán)路控制頻率可以做的很快，環(huán)路帶寬可以做高，但是不靈活。DSP的環(huán)路是軟件實現(xiàn)的，由于采樣及控制頻率的限制，環(huán)路帶寬做不了太高。

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數(shù)字電源和模擬電源在電路應(yīng)用中的區(qū)別

1. 控制精度和穩(wěn)定性

數(shù)字電源的控制精度和穩(wěn)定性通常高于模擬電源。由于數(shù)字電源采用數(shù)字信號處理技術(shù)，可以對輸入的模擬信號進行高精度、高穩(wěn)定性的處理。而模擬電源的精度和穩(wěn)定性受到放大器和濾波器等模擬器件的限制，可能無法達到較高的水平。

2. 可編程性和遠程控制能力

數(shù)字電源具有可編程性和遠程控制能力，可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行編程和遠程控制。而模擬電源不具備這些功能，需要手動調(diào)節(jié)或通過外部控制器進行控制。

3. 適應(yīng)性和兼容性

數(shù)字電源具有較強的適應(yīng)性，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景和電子設(shè)備。同時，數(shù)字電源可以通過軟件升級來適應(yīng)未來的新技術(shù)和市場變化。而模擬電源的適應(yīng)性和兼容性相對較差，可能無法適應(yīng)不斷變化的電子設(shè)備和技術(shù)要求。

4. 體積和成本

通常來說，數(shù)字電源的體積比模擬電源大，成本也更高。因為數(shù)字電源需要更多的電子器件和處理器件來實現(xiàn)其功能。而模擬電源采用簡單的模擬電路設(shè)計，體積較小，成本較低。

綜上所述，數(shù)字電源具有更高的精度、更快的響應(yīng)速度、更強的穩(wěn)定性、便于集成和控制、功能更加多樣化等優(yōu)勢。通過數(shù)字控制設(shè)定開關(guān)電源的內(nèi)部參數(shù)可以改變電源特性，還可以在實現(xiàn)電源管理的同時最大限度地降低損耗，滿足復(fù)雜的高性能系統(tǒng)對可控性和快速實時反應(yīng)的要求。

實戰(zhàn)方案

意法半導(dǎo)體3 kW 全橋 LLC 諧振數(shù)字電源方案

方案簡介：

一款數(shù)字控制的3 kW全橋LLC諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器，具有輸出同步整流功能。該套件由電源板、數(shù)字控制板、適配器板和固件模塊組成。

LLC轉(zhuǎn)換器的全橋初級部分基于MDmesh DM2功率MOSFET，可實現(xiàn)高效率性能。PWM開關(guān)頻率通過數(shù)字控制來調(diào)節(jié)輸出電壓。該轉(zhuǎn)換器在接近諧振的頻率下工作，以最大限度地提高效率，并在整個工作范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開關(guān) （ZVS）。

數(shù)字控制板上的STM32F334微控制器嵌入了高分辨率定時器，可實現(xiàn)更精細的調(diào)節(jié)，并可通過 USART、CAN、SMBus 和光耦合串行通信來傳輸狀態(tài)信息。

方案特點：

額定功率：

輸入直流電壓：375 V 至 425 V
輸出電壓：48 V
最大輸出電流：62.5 A
輸出功率：3 kW
峰值效率：95.3%
高頻變壓器隔離電壓：4 kV

諧振和開關(guān)頻率：

最大DC-DC開關(guān)頻率：380 kHz（啟動時）
閉環(huán)開關(guān)頻率：120kHz 至 250kHz
諧振頻率：175 kHz

保護機制：

輸入和輸出端的欠壓和過壓保護
過熱保護
短路保護
根據(jù)輸出功率和溫度調(diào)節(jié)空氣流速的強制冷卻

效率：

自適應(yīng)同步整流
輕負載突發(fā)模式

應(yīng)用場景：

通信電源，服務(wù)器電源，PV儲能電源，UPS不間斷電源

小華HC32F334 3kW 兩相交錯全橋LLC方案（參考設(shè)計）

方案簡介：

交錯式LLC電源拓撲能大幅度降低LLC輸出電流紋波，可以減少輸出側(cè)濾波電容，從而減少系統(tǒng)體積；擴大單相LLC變換器的輸出功率容量，相比直接并聯(lián)，多相交錯后相間易于均流；輕負載時還可以以單相全橋模式工作。所以已經(jīng)廣泛應(yīng)用在中大功率工業(yè)領(lǐng)域。小華HC32F334專用數(shù)字電源控制器結(jié)合了交錯LLC的發(fā)波時序和保護需求，完全自主開發(fā)設(shè)計，支持12路130ps高精度HRPWM。

方案特色：

輸入電壓：DC 380-420V

輸出電壓：DC 48V

功率：3000W

峰值效率：97%

諧振頻率：132K

兩相均流度：＞95%

輸出紋波：＜1%

應(yīng)用場景：

AC/DC、DC/DC數(shù)字電源應(yīng)用，如通信與服務(wù)器電源、磚塊電源、微逆、充電樁DC/DC等。

先楫HPM6280電源LLC方案