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在数字控制电源中应该如何高效的调节动态电压

关键词:稳压器 电源 动态电压调节

时间:2020-10-16 09:40:10      来源:网络

现实生活中有许多应用的动态变化电压也是有利的。例如控制直流电机、操作执行器,或驱动 Peltier 元件进行温度调节。动态电压调节是指动态调节生成的电压,对于许多应用,这种调节非常有帮助,甚至是必要的。特别是在数字控制电源中,DVS 很常见,也很容易实现。

现实生活中有许多应用的动态变化电压也是有利的。例如控制直流电机、操作执行器,或驱动 Peltier 元件进行温度调节。动态电压调节是指动态调节生成的电压,对于许多应用,这种调节非常有帮助,甚至是必要的。特别是在数字控制电源中,DVS 很常见,也很容易实现。

稳压器一般用于生成恒定的输出电压。利用控制环路,可通过未经调节的输入电压生成稳定、精准的输出电压。动态电压调节(DVS)有什么作用?

动态电压调节意味着可以在运行期间调节电源的输出电压。进行此类调节有多种原因。

在轻载运行条件下,提高 PFC 级的转换效率

用于功率补偿的功率因数校正(PFC)级,可将电网电压的交流电压提升至直流中间电路电压。在 240 V 交流系统中,这种中间电路电压一般为 380 V,如图 1 所示。ADP1047 PFC 控制器可以使用 DVS,在不影响设定的 380 V 电压的情况下独立降低输出电压负载,例如,降低至 360 V。在采用部分负载运行期间,此举可以提高电源的转换效率。

图 1. 带下游 ADP1046 直流 - 直流转换器的 ADP1047 PFC 级

微控制器在各种工作状态下高效运行

另一个 DVS 使用示例如图 2 所示。在此示例中,ADP2147 降压型开关稳压器为数字信号处理器(DSP)供电。在许多应用中,都可以使用微控制器、DSP 或 FPGA 来提高系统效率,方法是:在处理器处于待机模式时降低内核电压。在 VDD_INT 电压(内核电压)降低(例如,在 DSP 在低负载状态下运行时,从 1.2 V 降低至 1.0 V)时,多种 DSP,包括 ADI 提供的 ADSP-BF527 都可以更高效地运行。处理器的功耗在很大程度上与其时钟频率和工作电压的平方成比例。将 ADSP-BF527 的电源电压降低 25%,动态功耗会降低超过 40%。ADI 的许多 DSP 都具有类似特性。

图 2. 具有 DVS 功能的 ADP2147 开关稳压器可实现 ADSP-BF527 的高效运行

改善负载瞬态后的恢复速度

如之前的两个示例所示,使用 DVS 的常见原因是提高效率或降低损耗。但是,也存在其他一些有趣的应用。许多系统都要求采用经过精准调节的电源电压。对于图 3 所示的电压范围,可以使用 1.2 V 内核电压。该电压可以为 1.2 V ± 10%。在这个示例中,在静态负载下和负载动态变化时都要保持电压不变。如果将反馈控制设置在允许范围的中间,一半范围适用于静态误差源,也适用于负载瞬态之后的动态电压变化。有一个小技巧,即在低负载时稍微提高输出电压,在高负载时稍微降低输出电压。在高负载情况下,有时会采用更低负载,此时一般出现小幅度电压过冲。可以通过稍微降低高负载的设定点电压,将这种电压过冲保持在允许范围内,如图 3 所示。左侧为高负载,右侧为低负载。

图 3. 基于负载电流动态调节电源电压

相反的情况自然也适用。当负载较低时,它在某个时间点会上升。可能动态出现电压过冲。在低负载下,电压稍微升高,因此仍保持在允许范围内。对于这种特性,通常称之为电压自动定位。

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