從屬設備在收到停止“信號時立即處置并執行命令。結語 毫無疑問，為了減少響應時間及處置器開銷。隨著數字控制技術的發展和市場需求的驅動，電源領域里數字電源的優勢將會越來越明顯，但從模擬電源到數字電源的完全轉換還需要很 長時間，因此模擬和數字控制技術將在未來數年內共存。數字電源技術為電源設計領域注入了新的活力，同時也對電源設計人員提出了更高的要求。如何在激進技術 基礎上不斷創新，進而設計出滿足未來市場需求的電源系統將成為電源設計人員必需面對的新課題。

　　電路板上的元器件運行速度更快、體積更小，隨著半導體工藝技術的不時升級。而且還要求更多、更低的供電電壓和更大的供電電流；最終系統的功能不時增 加，平均售價卻不斷下降。此外，用戶對電源的故障修復時間、電源運行狀態的感知與控制的要求越來越高，電源設計人員不再滿足于實時監控電流、電壓、溫度，還提出了診斷電源供應情況、靈活設定每個輸出電壓參數的要求。這些需求已是今日的模擬解決方案難以滿足的作為電源管理發展的新思路的數字電源應運 而生，因此。其目標就是將電源轉換與電源管理架構用數字方法集成到單芯片中，實現智能、高效的轉換與控制及通信。數字電源是采用數字方式實現電源的控制、維護回路與通信接口的新型電源技術。

　　解決方案

　　該多相電源管理系統由多達 6 個交錯式同步降壓轉換器組成，這些轉換器均由一個單微處理器控制，如圖1所示。

　　TI推出的32位TMS320F2806”》TMS320F2806數字信號控制器（DSC）運行在100 MHz頻率下，并且以電源應用為目標。在本例中，其在軟件中實施電壓模式控制，該軟件使用一個在PWM開關頻率上進行采樣的單通道2極點2零點數字補償器。隨后產生的占空比值將被傳給每一個降壓相（所有為實現相位平衡所作的占空比調節除外）。通過使用片上12位模數轉換器（ADC）獲得系統輸出電壓反饋。MOSFET溫度在整個ADC中均為可用，以實現監控的目的，并且片上內部集成電路（I2C）端口提供了對PMBus通信的支持。針對同步降壓應用專門設計了一款UCD7230柵極驅動器，從而提供了采用TI TrueDrive輸出架構的雙通道4-A MOSFET驅動器、周期性電流限制以及一個內置的低失調、高增益、差動電流傳感放大器。

　　脈沖寬度調制是一種模擬控制方式，其根據相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現開關穩壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。PWM控制技術以其控制簡單，靈活和動態響應好的優點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。由于當今科學技術的發展已經沒有了學科之間的界限，結合現代控制理論思想或實現無諧振軟開關技術將會成為PWM控制技術發展的主要方向之一。

　　切相和增相

　　切相提供了一種提高電源效率和可靠性的方法。在輕負載條件下，動態地減少運行相位的數量通常會帶來效率的提高。當負載需求增加時，一個切相可以被重新激活。同樣，通過重新平衡各剩余相位之間的交錯，切除一個失效的相位或者一個運行在邊界狀態以外的相位有助于維持系統的性能。在需要極高可靠性的應用中，一個備用相位可以被帶上線以取代失效的相位，即N+1冗余設計。不考慮切除一個相位的原因，剩余相位（或者在N+1冗余設計中增加相位）的交錯角應該重新調整，以維持最佳性能。例如，從一個三相120°交錯式轉換器中切除一個相位時應該將剩余2個相位分離隔開180°。

　　TMS320F2806控制器的PWM元件均支持軟件同步及相位控制。每一個PWM輸出均具有一個相位同步寄存器，將其計數值與首個PWM輸出的計數值發生偏移。這就使得所有交錯式降壓相位的相位角不僅可以在系統初始化期間靜態配置，而且可以在系統運行期間動態地重新調整。

　　圖2（a）顯示了一款120°交錯式（條件：10 V輸入、2 V輸出、3 A負載及300 kHz PWM開關）PWM結構的三相交錯式降壓轉換器的示波器屏幕采集圖。示波器通道1~3顯示的是單個相位電壓，而通道4顯示的是交錯式輸出電壓（所有示波器通道均為AC耦合）。通過所有運行中的3個相位，可以得出該輸出紋波為4.9 mV（輸出電壓的0.25%）。在不調整2個剩余相位角的情況下，如圖2（b）所示，切除相位2會引起輸出紋波增加86%，即為9.1 mV.為了獲得180°交錯（如圖2（c）所示），可對2個剩余相位進行軟件調整，該紋波減少至7.9 mV，相比調整前的剩余相位角提高了13%.但是由于一個兩相位系統無法獲得如三相系統一樣的低紋波，因此，調整后紋波仍然比初始值大。

　　相位電流平衡

　　為了最佳化電源組件可靠性和使用壽命，可使多相系統中的每一個相位都等量地分擔電源負荷。由于電源開關和電感組件的不同，以及電路板布局和散熱的非對稱性，流經相位的電流是不同的。基本平衡方法通過測量相位電流并對每一個相位要求的PWM占空比單獨地進行調節，以達到平衡相位電流的目的。由于電流非均衡動態十分緩慢，平衡環路的采樣率可以較低，均為幾十分之幾秒，甚至是幾秒。因此，微處理器上額外的計算負擔可以忽略不計。為了減少傳感器噪聲的影響，對平衡環路速率電流進行采樣，并隨著時間的變化平衡各相位電流。在使用平均相位電流作為參考的每一個環路反復過程中，可以在每一個相位上執行電流平衡操作。另一種方法是將該時刻測量出的最高和最低電流相位彼此平衡，達到相位電流平衡。無論使用哪一種方法，所有相位電流最終都將匯聚到相同值上。

　　PWM精度是進行相位電流平衡時通常會碰到的一個問題。將一個10 V輸入看作是由一個100 MHz PWM時鐘的300 kHz PWM驅動的2 V輸出同步降壓轉換器。該降壓輸出上的PWM精度將會是30 mV，或者等同于2 V輸出的1.5%.一般而言，相比達到相位平衡和避免平衡控制環路極限循環期（limit cycling）所需要的較好占空比調節，這樣的粒度將會高出一個甚至兩個數量級。F2806控制器為這一問題提供了一種解決方案，并且別具一格地增強了PWM模塊的高精度。這種高精度PWM提供了150 ps的邊緣定位。這相當于為上述降壓實例提供0.45 mV的輸出精度，或者0.02%的2 V輸出。此外，該解決方案還可提供較好的相位電流平衡功能。

　　結論

　　本文描述了一款數控多相交錯式 DC/DC 降壓系統，其可實現電壓模式調節控制，并具有切相及增相和多相電流平衡的特點。使用傳統模擬控制器來實施這些特性將會十分具有挑戰性，而使用一款基于微處理器的數字控制器便可以輕松地完成這些任務。F2806 數字信號控制器與 UCD7230 柵極驅動及電流傳感放大器的完美結合提供了一款完整的信號控制解決方案，并具有單機運行的片上閃存、同步高精度 PWM 模塊、測量反饋信號的 ADC 以及 PMBus 通信功能。