中心论点:
数字控制的电源是技术趋势,但问题是,现有模拟器件的性能已经过剩了.
数字控制的王牌在于智能适应.
maychang网友提到了单片机控制开关电源,这是个很好的思路.
“其一是单片机输出一个电压(经DA芯片或PWM方式),用作电源的基准电压.这种方式仅仅是用单片机代替了原来的基准电压,可以用按键输入电源的输出电压值,单片机并没有加入电源的反馈环,电源电路并没有什么改动.这种方式最简单. ”
这种方式就不谈论了,太容易实现了
其二是单片机扩展AD,不断检测电源的输出电压,根据电源输出电压与设定值之差,调整DA的输出,控制PWM芯片,间接控制电源的工作.这种方式单片机已加入到电源的反馈环中,代替原来的比较放大环节,单片机的程序要采用比较复杂的PID算法.
其三是单片机扩展AD,不断检测电源的输出电压,根据电源输出电压与设定值之差,输出PWM波,直接控制电源的工作.这种方式单片机介入电源工作最多.
第三种方式是最彻底的单片机控制开关电源,但对单片机的要求也最高.要求单片机运算速度快,而且能够输出足够高频率的PWM波.这样的单片机显然价格也高.
单片机可以自带AD,可是单片机自带AD的采样率,可以说现有单片机除了AD和Ti的都不高.当然,如果有需求,一个高速的AD对于目前动辄130nm、90nm的强大CMOS工艺不是难事.考虑Ti的DSP-MCU TMS320R280x,ADC转换速率80ns. 如果电源工作频率500KHz, 每周期可进行25次采样.Analog Devices的单周期AD单片机太贵.
所以看来单片机厂商们推出高速单周期AD的单片机就能解决这个问题.
至于PWM,Ti的TMS320R280x的PWM分辨率绝对够用(150E-12秒,如果开关频率500khz,可以分成13333等分).相信其他厂商也可以轻易做到(PWM工作频率做高很容易,就是一个累加器加一个寄存器而已,在TSMC Bulk 90nm下即可达到10GHz,500khz可分成20000等分).
有了AD、PWM,剩下的就只有算法了.PID算法是很老的,但也是很省计算资源的,现有单片机一般在33~200MIPS之间,采用跨三阶的普通PID算法稍显浪费.可以采取更多的高阶算法,如5阶PID,Z变换微分方程求解等.
各种算法中的参数对于开关电源并非一成不变的.以Buck变换器为例,当负载Rload改变,输出LC滤波器"L串(Rload并C)"的电压响应函数也发生改变.对于模拟芯片,技术人员通过添加复杂的相位补偿来控制进入误差放大器的信号;但是无论相位如何补偿,对于模拟器件它总是静态的,适应了一种却可能无法适应另外一种负载(如很多电源驱动电阻性负载正常,但在驱动惯性很大的电机(感性负载)时不能稳压).
数字控制的精华就在这里,它可以根据经验动态调整算法参数,如PID中的各项系数.DSP可以代替阻容网络进行滤波,可以进行猜测执行,自动记录响应,并且列出适应当前负载的控制方程.
对于这些,模拟是很难办到的.模拟顶多能通过复杂的运放网络算到二阶,而且只能有一种控制模式,成本也会高于数字.
对于简单电源,模拟器件性能已经过剩,80年代推出的UC384x、SG3525、TL494至今仍然在应用,而且很少用到极限频率.
网友coocle曾发表他的看法:“单片机控制开关电源的缺点在于动态响应不够,优点是设计的弹性好,如保护和通讯,我的想法是单片机和pwm芯片相结合,现在的一般单片机的pwm输出的频率普遍还不是太高,频率太高,想要实现单周期控制也很难.所以我觉得单片机可是完成一些弹性的模拟给定,后面还有pwm芯片完成一些工作.”
单片机控制开关电源,动态响应随着疯狂的工艺升级已经能做得很好,它胜过模拟控制的要点,在于它的智能性,而非重复模拟芯片完成的工作.
三谈单片机控制的开关电源
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好帖!其实我从去年就一直开始这方面的设计工作,目前基本上用280x的芯片已经实现了AC-DC,DC-DC的设计,DC-AC没有涉及,但是相信目前很多公司都已经用该系列的芯片实现了逆变电源,并且已经量产.我们的方案还停留在样机阶段,参考主要的原因还是大多数人觉得DSP的成本过高,在当今这个对成本异常敏感的市场,10个多美元的片子确实显得贵了点,希望再过若干年,大家或许可以接受.最近关注TI的2000DSP,发现在DSP家族已经找不到它的影子,仔细一看,原来已经悄悄位列32位MCU的行列,早在半年前就听说TI要这么做,现在看来真的实行了,其实这也预示着作为单片机来讲,成本必须要得以控制呀,果不其然,瘦身版的DSP2802X和2803X紧接着出现,其单电源供电和48脚的封装确实节省了不少成本,相信其价格应该不会太贵,相信数字电源的一场革命应该不远了吧!
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@cailiang00
好帖!其实我从去年就一直开始这方面的设计工作,目前基本上用280x的芯片已经实现了AC-DC,DC-DC的设计,DC-AC没有涉及,但是相信目前很多公司都已经用该系列的芯片实现了逆变电源,并且已经量产.我们的方案还停留在样机阶段,参考主要的原因还是大多数人觉得DSP的成本过高,在当今这个对成本异常敏感的市场,10个多美元的片子确实显得贵了点,希望再过若干年,大家或许可以接受.最近关注TI的2000DSP,发现在DSP家族已经找不到它的影子,仔细一看,原来已经悄悄位列32位MCU的行列,早在半年前就听说TI要这么做,现在看来真的实行了,其实这也预示着作为单片机来讲,成本必须要得以控制呀,果不其然,瘦身版的DSP2802X和2803X紧接着出现,其单电源供电和48脚的封装确实节省了不少成本,相信其价格应该不会太贵,相信数字电源的一场革命应该不远了吧!
建议您可以关注TI近期即将发布的UCD3000系列, 基于ARM7核(于TMS470R1是同一核心)带有数字补偿器硬件加速单元,是新一代的数字电源专用控制芯片.可以适用于多种拓扑,目前的资料可以先参考UCD9240(已经发布并可申请sample,硬件与UCD3000基本相同,只是出厂已经带有TI定制的固件).其成本相对于C2000 DSP具有很强的竞争力,目前网上报价$5~6/100pcs,实际上在大规模量产时价格可到2美金左右,在中低端的应用场合对竞争对手杀伤力很大.这种MCU+数字补偿加速单元是未来的趋势,也是数字电源控制走向专业化、大规模商用的必然结果.C2000 DSP应用上较为广泛,因此在电源控制上会有资源不能合理分配、充分利用的问题,从而导致成本的浪费. 目前只有TI推出了这样的芯片,ADI有一款ADP1043,不过本身不具备MCU/DSP内核,需要配合额外的MCU使用.其他如Microchip、Freescale仍然在走DSP简化版-DSC的路子,在性能上只能说是一般了,只是通用性好一些,成本与DSP相比有优势,和UCD3000相比则有差距.
UCD9240 Fusion Digital Power™ Controller
UCD9240 datasheet
ADP1043 发布介绍
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@whatcall
建议您可以关注TI近期即将发布的UCD3000系列,基于ARM7核(于TMS470R1是同一核心)带有数字补偿器硬件加速单元,是新一代的数字电源专用控制芯片.可以适用于多种拓扑,目前的资料可以先参考UCD9240(已经发布并可申请sample,硬件与UCD3000基本相同,只是出厂已经带有TI定制的固件).其成本相对于C2000DSP具有很强的竞争力,目前网上报价$5~6/100pcs,实际上在大规模量产时价格可到2美金左右,在中低端的应用场合对竞争对手杀伤力很大.这种MCU+数字补偿加速单元是未来的趋势,也是数字电源控制走向专业化、大规模商用的必然结果.C2000DSP应用上较为广泛,因此在电源控制上会有资源不能合理分配、充分利用的问题,从而导致成本的浪费.目前只有TI推出了这样的芯片,ADI有一款ADP1043,不过本身不具备MCU/DSP内核,需要配合额外的MCU使用.其他如Microchip、Freescale仍然在走DSP简化版-DSC的路子,在性能上只能说是一般了,只是通用性好一些,成本与DSP相比有优势,和UCD3000相比则有差距.UCD9240FusionDigitalPower™ControllerUCD9240datasheetADP1043发布介绍
谢谢Whatcall总工的指点,您对TI的产品线是非常的熟悉呀.一定去TI网站看看相关的产品,希望在此继续讨论下去!顺便问一句,您是不是TI的工程师?
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@whatcall
建议您可以关注TI近期即将发布的UCD3000系列,基于ARM7核(于TMS470R1是同一核心)带有数字补偿器硬件加速单元,是新一代的数字电源专用控制芯片.可以适用于多种拓扑,目前的资料可以先参考UCD9240(已经发布并可申请sample,硬件与UCD3000基本相同,只是出厂已经带有TI定制的固件).其成本相对于C2000DSP具有很强的竞争力,目前网上报价$5~6/100pcs,实际上在大规模量产时价格可到2美金左右,在中低端的应用场合对竞争对手杀伤力很大.这种MCU+数字补偿加速单元是未来的趋势,也是数字电源控制走向专业化、大规模商用的必然结果.C2000DSP应用上较为广泛,因此在电源控制上会有资源不能合理分配、充分利用的问题,从而导致成本的浪费.目前只有TI推出了这样的芯片,ADI有一款ADP1043,不过本身不具备MCU/DSP内核,需要配合额外的MCU使用.其他如Microchip、Freescale仍然在走DSP简化版-DSC的路子,在性能上只能说是一般了,只是通用性好一些,成本与DSP相比有优势,和UCD3000相比则有差距.UCD9240FusionDigitalPower™ControllerUCD9240datasheetADP1043发布介绍
这个应该就是上次TIM工程师讲到的新一代数字电源芯片了,如果真能倒2$,那是很有竞争力的
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这个应该就是上次TIM工程师讲到的新一代数字电源芯片了,如果真能倒2$,那是很有竞争力的
UCD9240应该属于数字电源系统控制器的行列,适合于做4通道Dc-Dc,感觉这款芯片的主要应用应该在可携式计算机、工控机、笔记本电源管理领域.其ARM+硬件加速器的架构确实为下一代数字电源提供了很好的平台,不过由于其内部已经完全固化,因此从灵活性上来讲与可编程的DSP来比确实逊色不少,如果再需要加一些温度控制就显得无能为力了.还没查到UCD3000的资料,希望这款芯片可以做到AC-DC,DC-DC,同时价格可以控制在5美元以内,那么其竞争优势就非常明显了.
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@cailiang00
UCD9240应该属于数字电源系统控制器的行列,适合于做4通道Dc-Dc,感觉这款芯片的主要应用应该在可携式计算机、工控机、笔记本电源管理领域.其ARM+硬件加速器的架构确实为下一代数字电源提供了很好的平台,不过由于其内部已经完全固化,因此从灵活性上来讲与可编程的DSP来比确实逊色不少,如果再需要加一些温度控制就显得无能为力了.还没查到UCD3000的资料,希望这款芯片可以做到AC-DC,DC-DC,同时价格可以控制在5美元以内,那么其竞争优势就非常明显了.
UCD3000是可以自己编程控制的,这样可以满足专业用户的定制要求.UCD9240针对的是入门极或模块化应用场合,因而出厂带有固件并和TI的GUI配合使用,加速开发流程,降低数字电源控制芯片使用门槛.UCD3000的价格应该和UCD9240相差不大,毕竟Silicon内核是几乎一样的.使用UCD3000进行自定义的温控/风扇控制/UART/PMBUS都是可以的. 只是希望在这一系列芯片成功商用后,能在下一代中加入CAN通讯以满足系统级高速通讯要求,另外通道数量也可适当增加,当然这一点还是会有点困难的.
芯片的发布情况近期可以留意TI的网站.
芯片的发布情况近期可以留意TI的网站.
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我也一直在想怎样用单片机控制开关电源,在这告诉大家我的一个新发现.
PIC12F615 一个8脚单片机,带模拟比较器,比较器可以直接关闭PWM.采用这个特性这芯片可以组成类似3842或NCP1207等功能.
这单片机估计4元,批量可能会少很多,所以价格与专用IC还是有得拼的.
虽然PWM及反馈环是模拟的,但CPU根据实现情况调整Pwm频率,改善电源EMI特性及低待机功耗等.
还有更牛一点的MCU,PIC16F785,两个比较器(都可直接关闭PWM)还有两个片上3M运算放大器.呵呵!这些模拟部份加数字处理器就看要做什么电源了.
我研究过DSPIC30F2020及TMS320F28016等DSP芯片,虽然这些芯片功能很强大,除价格高,也不是一般电源能用的,这些芯片在3.3V时全速运行耗电达两百多毫安.需要为这些芯片提供独立的电源,当然在大功率数字电源里还是很适合采用这类DSP芯片.
我用过ATtiny13做过一个(AC-DC)电源实验,结果——————痛苦啊!!
这芯片工作耗电流几十个mA,比较器响应时间慢,比较器还需要在比较器中断程序里才能关闭PWM,耗电大启动也成了问题.
而PIC12F615耗电0.8mA,比较器关闭PWM不需CPU处理.有兴趣的朋友可以一起研究研究.
PIC12F615 一个8脚单片机,带模拟比较器,比较器可以直接关闭PWM.采用这个特性这芯片可以组成类似3842或NCP1207等功能.
这单片机估计4元,批量可能会少很多,所以价格与专用IC还是有得拼的.
虽然PWM及反馈环是模拟的,但CPU根据实现情况调整Pwm频率,改善电源EMI特性及低待机功耗等.
还有更牛一点的MCU,PIC16F785,两个比较器(都可直接关闭PWM)还有两个片上3M运算放大器.呵呵!这些模拟部份加数字处理器就看要做什么电源了.
我研究过DSPIC30F2020及TMS320F28016等DSP芯片,虽然这些芯片功能很强大,除价格高,也不是一般电源能用的,这些芯片在3.3V时全速运行耗电达两百多毫安.需要为这些芯片提供独立的电源,当然在大功率数字电源里还是很适合采用这类DSP芯片.
我用过ATtiny13做过一个(AC-DC)电源实验,结果——————痛苦啊!!
这芯片工作耗电流几十个mA,比较器响应时间慢,比较器还需要在比较器中断程序里才能关闭PWM,耗电大启动也成了问题.
而PIC12F615耗电0.8mA,比较器关闭PWM不需CPU处理.有兴趣的朋友可以一起研究研究.
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@abing
我也一直在想怎样用单片机控制开关电源,在这告诉大家我的一个新发现.PIC12F615 一个8脚单片机,带模拟比较器,比较器可以直接关闭PWM.采用这个特性这芯片可以组成类似3842或NCP1207等功能.这单片机估计4元,批量可能会少很多,所以价格与专用IC还是有得拼的.虽然PWM及反馈环是模拟的,但CPU根据实现情况调整Pwm频率,改善电源EMI特性及低待机功耗等.还有更牛一点的MCU,PIC16F785,两个比较器(都可直接关闭PWM)还有两个片上3M运算放大器.呵呵!这些模拟部份加数字处理器就看要做什么电源了.我研究过DSPIC30F2020及TMS320F28016等DSP芯片,虽然这些芯片功能很强大,除价格高,也不是一般电源能用的,这些芯片在3.3V时全速运行耗电达两百多毫安.需要为这些芯片提供独立的电源,当然在大功率数字电源里还是很适合采用这类DSP芯片.我用过ATtiny13做过一个(AC-DC)电源实验,结果——————痛苦啊!!这芯片工作耗电流几十个mA,比较器响应时间慢,比较器还需要在比较器中断程序里才能关闭PWM,耗电大启动也成了问题.而PIC12F615耗电0.8mA,比较器关闭PWM不需CPU处理.有兴趣的朋友可以一起研究研究.
pic16F785我们有用过的
785可以原边不用任何其它运放以及PWM ic实现所有功能
当然,环路还是模拟的,因为它自己内部有运放.
不光可以做单路
interleave也可以做,是不错的东西.
当然,驱动能力没有,需要外加驱动器.
785可以原边不用任何其它运放以及PWM ic实现所有功能
当然,环路还是模拟的,因为它自己内部有运放.
不光可以做单路
interleave也可以做,是不错的东西.
当然,驱动能力没有,需要外加驱动器.
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@cailiang00
好帖!其实我从去年就一直开始这方面的设计工作,目前基本上用280x的芯片已经实现了AC-DC,DC-DC的设计,DC-AC没有涉及,但是相信目前很多公司都已经用该系列的芯片实现了逆变电源,并且已经量产.我们的方案还停留在样机阶段,参考主要的原因还是大多数人觉得DSP的成本过高,在当今这个对成本异常敏感的市场,10个多美元的片子确实显得贵了点,希望再过若干年,大家或许可以接受.最近关注TI的2000DSP,发现在DSP家族已经找不到它的影子,仔细一看,原来已经悄悄位列32位MCU的行列,早在半年前就听说TI要这么做,现在看来真的实行了,其实这也预示着作为单片机来讲,成本必须要得以控制呀,果不其然,瘦身版的DSP2802X和2803X紧接着出现,其单电源供电和48脚的封装确实节省了不少成本,相信其价格应该不会太贵,相信数字电源的一场革命应该不远了吧!
这么好的贴怎么没人顶了呢??
这部分工作我也做了,用2808,实现了pfc和DC/DC,用移相全桥
做的,pfc性能很好,dc/dc性能一般.
有没有继续在弄这方面技术的朋友,多多交流阿
这部分工作我也做了,用2808,实现了pfc和DC/DC,用移相全桥
做的,pfc性能很好,dc/dc性能一般.
有没有继续在弄这方面技术的朋友,多多交流阿
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