開發(fā)的背景

    近年來，隨著dsp等電子零件的小型化、高速化，開關(guān)電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開關(guān)電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動(dòng)作狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測成為了可能。開關(guān)電源市場中，從質(zhì)量、交貨期等方面，標(biāo)準(zhǔn)電源正在成長壯大。然而，電源的使用方法因系統(tǒng)不同而有所不同，所以現(xiàn)有狀況是：對特制電源的需求很強(qiáng)烈。數(shù)字化控制開關(guān)電源集標(biāo)準(zhǔn)電源和特制電源的優(yōu)點(diǎn)于一身。

    迄今，筆者們以周圍機(jī)能、輸出電壓控制等，信號部分的全部數(shù)字化“全數(shù)字化”為目標(biāo)進(jìn)行開發(fā)。全數(shù)字化控制在有幾個(gè)數(shù)字化的結(jié)構(gòu)中最具擴(kuò)張性、靈活性，能在高水平上實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)。

    這篇論文首先比較研究普遍被接受的控制器的構(gòu)成，提出全數(shù)字化領(lǐng)域的技術(shù)性課題，并且，針對dsp的全數(shù)字化控制電源試驗(yàn)機(jī)，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行考察。

    關(guān)于控制部分的數(shù)字化

    2.1模擬和數(shù)字化

    在數(shù)字化來臨之前，世界處于模擬時(shí)代。當(dāng)時(shí)多數(shù)市場都是業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)、單功能，處于基本性能、質(zhì)量（以電視為例，是好的畫面質(zhì)量和使用壽命等）的競爭時(shí)代。并且，由于在制品完成時(shí)才確定商品價(jià)值，所以顧客不會(huì)提高價(jià)格，這就是“自我(生產(chǎn)廠家)完結(jié)型”。這之后，隨著數(shù)字化的到來，競爭的領(lǐng)域發(fā)生了改變�；拘阅�、質(zhì)量是商品價(jià)值的源流，所以這個(gè)競爭還會(huì)繼續(xù)，但是，由標(biāo)準(zhǔn)向特制，由單功能向多功能發(fā)生了轉(zhuǎn)變，這時(shí)的商品價(jià)值就會(huì)讓顧客提高價(jià)格，轉(zhuǎn)變?yōu)榱恕邦櫩屯杲Y(jié)型”。擁有這個(gè)數(shù)字化的特征的典型的例子就是個(gè)人電腦。

    開關(guān)電源的本質(zhì)是電力轉(zhuǎn)換器，基本性能、質(zhì)量的競爭以后仍將繼續(xù)。但這不是唯一重要的。電源的使用方法是由顧客決定的，因系統(tǒng)不同而各不相同。因此，現(xiàn)有的狀況就是：顧客有強(qiáng)烈的特制的要求。數(shù)字化所持有的“特制”、“多功能”、“顧客完結(jié)型”的特征正能解決這個(gè)問題。此外，還有依靠數(shù)字通信的數(shù)字化機(jī)器的融合，依靠數(shù)字化控制、信號處理的技術(shù)革新。因?yàn)閼?yīng)用了這些，就能期待性能、質(zhì)量的提升以及超越素有的既成概念的用途范圍的擴(kuò)大。

    2.2控制結(jié)構(gòu)的比較

    模擬控制方法適用于頻率高、電力小、功能少的開關(guān)電源。然而，要完全滿足顧客的要求是有難度的。因此，現(xiàn)在在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，在電源外部增加回路，或在一定程度上妥協(xié)于性能、質(zhì)量，使其最大程度發(fā)揮作用。這種努力努力證明應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，在電源內(nèi)部應(yīng)對，效率好。微型多用計(jì)算機(jī)和模擬控制的結(jié)構(gòu)特征是：邏輯等的周邊機(jī)能和模擬控制部分的定數(shù)調(diào)整實(shí)現(xiàn)軟件化。然而，既然應(yīng)用模擬ic，靈活性就是有限的。例如，如果要改換力部的拓?fù)洌╰opology位相數(shù)學(xué)）就需要替換模擬ic，并且每次都有必要檢查周邊回路。與之相比，依靠dsp的全數(shù)字化控制結(jié)構(gòu)中，pmw發(fā)電機(jī)能夠生成任意的電流，就沒有必要更換ic了。此外，全數(shù)字化容易使周圍部件集成化、小型化，因此很有用。

    應(yīng)答的高速性也是一個(gè)弱點(diǎn)，如果是開關(guān)的頻率為數(shù)百千赫的電源，與模擬相比，也能有毫不遜色的反應(yīng)速度。更進(jìn)一步說，控制方式應(yīng)用了現(xiàn)代控制理論，因此會(huì)有超出模擬控制的特性。

    目前，有反應(yīng)、消費(fèi)電量的問題，但考慮到近年來裝置的迅速發(fā)展，全數(shù)字化控制方式定能成為最佳的方式。

    2.3全數(shù)字化控制的技術(shù)性課題

    控制部分的全數(shù)字化存在兩大技術(shù)性問題。一是輸出電壓分解能的問題。其原因在于：數(shù)字pwm發(fā)電機(jī)應(yīng)用了如圖2所示的計(jì)算器，這種構(gòu)成情況下，出現(xiàn)了依據(jù)計(jì)數(shù)器時(shí)鐘tclk的時(shí)間刻度。圖3表示輸出電壓分解能特性。這幅圖設(shè)計(jì)了3.3伏輸出電壓的電源式樣，一臺(tái)變頻器。tclk是25ns(40兆赫茲的時(shí)鐘周期)。vi是輸出電壓。根據(jù)此圖，輸出電壓分解能與輸入電壓及開關(guān)頻率數(shù)有很大關(guān)系，輸入電壓是48伏開關(guān)頻率數(shù)為40萬赫茲時(shí)，△vo(pls)為96毫伏。輸出電壓為3.3伏的電源，就有2.9℅的分解能，看出來這是很糟糕的。

    另一個(gè)問題就是輸出電壓應(yīng)對特性。歷來的模擬控制的開關(guān)電源，一個(gè)開關(guān)周期中承載波與操作量u的比值決定沖擊電流。因此，pwm的更新與開關(guān)周期tswitching相連。與此相對，數(shù)字化控制的情況下，用a/d轉(zhuǎn)換器得出輸出電壓，進(jìn)行演算，更新操作量需要時(shí)間。這個(gè)時(shí)間為控制時(shí)間tcontrol。如圖4所示關(guān)于用承載波的流量值更新操作量u的系統(tǒng)。這種情況下，圖4(a)所示控制時(shí)間比開關(guān)周期短，這并不存在問題，但是，圖4(b)所示如果控制時(shí)間比開關(guān)周期