實(shí)用電源設(shè)計(jì)Q & A系列之一-更具優(yōu)勢(shì)的AC-DC適配器充電器

Q1：該新型數(shù)字控制技術(shù)具體優(yōu)勢(shì)是什么？

A1：優(yōu)勢(shì)主要是看用在什么功率上。如果是在低功率上，優(yōu)勢(shì)主要是在它是用數(shù)字方式來(lái)實(shí)現(xiàn)初級(jí)的控制，省略了次級(jí)的恒流電路、穩(wěn)壓電路，也就是說(shuō)用初級(jí)的方式能夠得到同樣的次級(jí)控制的效果。另一個(gè)方面，能夠節(jié)約成本，大家所知道的TL431，光耦，運(yùn)算放大器等等。

Q2：這種數(shù)控適配器能用在通訊系統(tǒng)里面嗎？比如基站，容不容易引起反串干擾？

A2：1692，168?這些控制線是針對(duì)低功率的。對(duì)于基站來(lái)講，功率是比較大的，不推薦使用這種。

Q3：在做開(kāi)關(guān)電源開(kāi)機(jī)的時(shí)候會(huì)有“嚓”的一聲，負(fù)載電阻滿功率老化的時(shí)候，正常工作也會(huì)有“嗞嗞”的聲音，請(qǐng)問(wèn)一般是什么原因造成的，該怎樣解決？

A3：一般來(lái)講，“嚓”的一聲是由磁性器件的磁性和線圈發(fā)出的，也可能是由變壓器和電感產(chǎn)生的；“磁磁磁”的聲音是由變壓器發(fā)出的，尤其是在反激變壓器里，由于變壓器有儲(chǔ)能的緣故。解決方案有兩種，第一要讓整個(gè)系統(tǒng)工作很平穩(wěn)，不要有大小波的出現(xiàn)。第二是在選用元器件時(shí)，要減小電容的損耗值。具體情況因設(shè)計(jì)而定。謝謝！

Q4：請(qǐng)問(wèn)數(shù)字控制技術(shù)設(shè)計(jì)指的是什么？是指PWM嗎？

A4：數(shù)字控制技術(shù)是指內(nèi)部控制器采用數(shù)字的方式來(lái)做。

Q5：ACDC適配器技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，現(xiàn)有的PWM控制器如384X、1203、6841都能達(dá)到很好的性能，為什么iwatt還要在這個(gè)模擬領(lǐng)域介紹數(shù)字技術(shù)，該數(shù)字技術(shù)有何特殊性呢？或是能降低成本嗎？

A5：技術(shù)的發(fā)展是永無(wú)止境的，沒(méi)有任何一個(gè)產(chǎn)品或者技術(shù)是不可取代的。電源未來(lái)的發(fā)展更注重環(huán)保，環(huán)保要求用等量的材料達(dá)到更高的效率。小體積是直接的要求，當(dāng)然成本也是必要的考量。在兼顧成本、性能以及可靠性的同時(shí)，傳統(tǒng)的PWM方案面臨挑戰(zhàn)，比如說(shuō)如何實(shí)現(xiàn)毫瓦級(jí)的損耗，再比如對(duì)于3、5W的手機(jī)充電器，電阻和成本都是非常重要的，更不要說(shuō)PCB的大小以及其他的一些因素。從傳統(tǒng)的通用性來(lái)說(shuō)，PWM_IC不適合未來(lái)的發(fā)展，對(duì)于不同的應(yīng)用設(shè)計(jì)出優(yōu)化的系統(tǒng)解決方案才是長(zhǎng)久之計(jì)。iwatt的方案是具有針對(duì)性的系統(tǒng)方案，并進(jìn)而采用數(shù)字控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。比如對(duì)于不同的輸入電壓和負(fù)載，控制芯片會(huì)調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率和狀態(tài)，以維持高效、恒流和恒壓。對(duì)于3W的手機(jī)充電器，我們提出了緣邊控制技術(shù)，無(wú)需傳統(tǒng)次級(jí)的控制電路，能實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)的控制技術(shù)更好的效果。比如，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，如果采樣電阻短路，電源只能工作在一個(gè)恒功率狀態(tài)，在不同輸入電壓下，功率往往不一樣；我們的方案是不管任何元器件的開(kāi)、短路皆能有效的控制輸出的電流不超過(guò)額定的電壓和電流。因?yàn)閿?shù)字技術(shù)具有記憶和智能判斷的能力，與傳統(tǒng)的比較，這是我們的優(yōu)勢(shì)。

Q6：請(qǐng)問(wèn)DC適配器充電器的新型數(shù)字控制方法現(xiàn)在的成熟度怎么樣？到哪一個(gè)階段呢？

A6：如果把數(shù)字控制器在電源發(fā)展看作RC的單一激勵(lì)震蕩來(lái)看，iwatt技術(shù)已進(jìn)入穩(wěn)定的數(shù)字發(fā)展階段。Iwatt是最早開(kāi)發(fā)數(shù)字電源控制的公司，始于2000年。目前采用我們數(shù)字控制芯片在產(chǎn)品以及全世界大批量的應(yīng)用開(kāi)始于2005年?，F(xiàn)在越來(lái)越多的公司加入這一行業(yè)，尤其是緣邊控制方案?，F(xiàn)在市場(chǎng)上推出不少于五款的緣邊控制IC，當(dāng)然，在DC/DC領(lǐng)域，數(shù)字控制方案可以說(shuō)非常普遍的，也是非常多的?？梢灶A(yù)見(jiàn)，數(shù)字電源的發(fā)展將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)電源工業(yè)的發(fā)展具有非常重要的影響。

Q7：請(qǐng)談?wù)剶?shù)字技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用方面的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展，及其所具有的突出優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)？

A7：這個(gè)是一個(gè)通用的問(wèn)題，并不是針對(duì)我們公司的產(chǎn)品，所以我就說(shuō)一下在這個(gè)行業(yè)數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)體現(xiàn)在那些方面。從優(yōu)點(diǎn)來(lái)講，大概有七點(diǎn)：第一點(diǎn)是它的監(jiān)測(cè)。比如說(shuō)監(jiān)測(cè)電源的電壓變化、電流變化、溫度的變化，這些變化隨著時(shí)間而改變。當(dāng)電源在運(yùn)行時(shí)，電壓會(huì)發(fā)生很多變化，這就是檢測(cè)的功能。在傳統(tǒng)的模擬電源里很容易實(shí)現(xiàn)；第二點(diǎn)是通訊功能。大部分電子設(shè)備都是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的，有了數(shù)字接口，通訊起來(lái)非常簡(jiǎn)單；接下來(lái)是控制的技術(shù)。電源從根本上來(lái)講就是一個(gè)開(kāi)和一個(gè)關(guān)，信號(hào)本身就一個(gè)數(shù)字的信號(hào)，所以對(duì)于數(shù)字技術(shù)來(lái)說(shuō)，需要數(shù)字來(lái)控制系統(tǒng)是自然的；第四點(diǎn)是配置問(wèn)題。它能動(dòng)態(tài)的檢測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)，就像在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，隨著負(fù)載的變化，輸出的電流是變大還是變小，系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定性或者環(huán)路的參數(shù)來(lái)講是有變化的；對(duì)數(shù)字技術(shù)來(lái)講，可以檢測(cè)到當(dāng)前的系統(tǒng)到底運(yùn)行在什么樣的狀態(tài)，輸出的功率是多少，那么當(dāng)前系統(tǒng)的模型就是什么狀態(tài)。從控制的角度來(lái)講，可以變化參數(shù)；保護(hù)功能也很重要，保護(hù)功能也是一個(gè)數(shù)字的信號(hào)，也就是說(shuō)PT是不是過(guò)熱了，是不是過(guò)壓了，是不是應(yīng)該先把它關(guān)掉，或者說(shuō)它什么時(shí)候安全了，再把它打開(kāi)；第六點(diǎn)是檢測(cè)問(wèn)題。如果系統(tǒng)發(fā)生了問(wèn)題，從某種角度來(lái)講，只能通過(guò)示波器或萬(wàn)用表測(cè)量，從外圍的設(shè)備來(lái)檢測(cè)到底是什么問(wèn)題。對(duì)于數(shù)字技術(shù)，很多信號(hào)都是在數(shù)字內(nèi)部已經(jīng)表現(xiàn)出來(lái)，如果有其他設(shè)備的檢測(cè)接口，就可以直接把這個(gè)問(wèn)題說(shuō)出來(lái)。從系統(tǒng)的角度來(lái)講，如果一個(gè)系統(tǒng)有兩個(gè)電源，當(dāng)電源出了問(wèn)題，可以告訴系統(tǒng)到底是哪個(gè)電源出了問(wèn)題，如果系統(tǒng)有很多電源或很多輸出，哪個(gè)電壓需要先進(jìn)行，哪個(gè)電壓需要后進(jìn)行，這是一個(gè)順序的問(wèn)題，這些問(wèn)題都可以通過(guò)數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這些就是數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)。從劣勢(shì)來(lái)講，因現(xiàn)在市場(chǎng)上數(shù)字電源還不是很廣泛，從元器件的角度來(lái)講，像模擬的控制芯片，比如3842、3843很多廠商都在生產(chǎn)，但是生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品并不是一樣的，所以在通用性問(wèn)題或者成本問(wèn)題上，很多設(shè)計(jì)人員都有一些顧慮。從設(shè)計(jì)的本身來(lái)講，并不是那么廣泛和完善。有些設(shè)計(jì)人員擔(dān)心，我們?cè)O(shè)計(jì)的數(shù)字芯片是不是把以前的模擬的概念都忘記了，是不是我要學(xué)很多編程，從目前來(lái)看這也是一個(gè)比較劣勢(shì)的地方。從我們公司的角度出發(fā)，另外從iwatt的產(chǎn)品來(lái)看，我們希望提供一個(gè)低成本，并且非常容易設(shè)計(jì)，也就是說(shuō)并不需要大家去編程，并不需要大家了解到底內(nèi)部數(shù)字是怎么樣去實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的時(shí)候只需要像傳統(tǒng)的芯片一樣，以傳統(tǒng)芯片的眼光，從模擬的角度去看這個(gè)芯片怎么設(shè)計(jì)。在這個(gè)過(guò)程就能體會(huì)數(shù)字設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在哪里。

Q8：iWatt的IC是怎樣獲得動(dòng)態(tài)控制的，它與傳統(tǒng)的方案相比怎樣？

A8：談到動(dòng)態(tài)控制，一個(gè)很大的特點(diǎn)是原邊控制。與傳統(tǒng)的方案相比區(qū)別在于，傳統(tǒng)的方案不管是輸出電壓還是輸出電流都要通過(guò)副邊的檢測(cè)來(lái)控制原邊MOS管的開(kāi)通和關(guān)斷，所以通過(guò)端口傳到原邊的信號(hào)并不是真實(shí)的輸出電壓或者輸出電流，而是一個(gè)誤差性或是一個(gè)得到補(bǔ)償?shù)恼`差信號(hào)。原邊控制，可以從原邊及時(shí)的檢測(cè)到它的輸出電壓以及輸出電流。輸出電壓和輸出電流已經(jīng)及時(shí)的存在于數(shù)字單元里面，在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，都可以及時(shí)的獲得輸出電壓到底是多少，所要控制的輸出電流在的狀態(tài)，甚至它的輸出功率是什么狀態(tài)，所以反應(yīng)就能在下一個(gè)周期里體現(xiàn)出來(lái)。這是與傳統(tǒng)方案相比它可以達(dá)到的一個(gè)及時(shí)的，高性能的動(dòng)態(tài)功能。

Q9：什么是實(shí)時(shí)波形分析？

A9：談到實(shí)施波形分析，不可避免的要談到原邊控制。原邊控制跟副邊控制本質(zhì)上的區(qū)別是如果采用傳統(tǒng)的副邊控制來(lái)檢測(cè)副邊的輸出電壓和輸出電流，必然是已經(jīng)通過(guò)整流、濾波以后的輸出電壓，它是一個(gè)非常穩(wěn)定的DC電壓，并不是交流電壓。因?yàn)殡妷悍浅７€(wěn)定，所以任何時(shí)候讀取都可以，也就是說(shuō)在開(kāi)關(guān)周期的任何一點(diǎn)去讀取這個(gè)電壓都不會(huì)相差非常大。變壓器本身是一個(gè)交流能量傳遞的器件，直流的信號(hào)沒(méi)有辦法穿過(guò)變壓器的傳遞副邊。在原邊來(lái)檢測(cè)的話，檢測(cè)到的必然是一個(gè)交流的信號(hào)，從設(shè)計(jì)的方面來(lái)看，采集的信號(hào)從變壓器的繞組來(lái)采集這樣一個(gè)反饋的信號(hào)。變壓器反饋的這個(gè)繞組的信號(hào)它反映的是輸出電壓，但是它并不等于輸出電壓，而且它是一個(gè)交流信號(hào)。那么到底在一個(gè)什么地方應(yīng)該采這樣一個(gè)電壓？隨著不同的功率變化，不同的輸出變化，到底是恒壓控制還是恒流控制，在各種狀態(tài)下，到底怎樣取得這么一個(gè)最準(zhǔn)確的采集點(diǎn)，這就是iwatt公司最具優(yōu)勢(shì)的，也就是我們申請(qǐng)專利的一個(gè)非常好的數(shù)字技術(shù)。我們通過(guò)原邊來(lái)控制這么一個(gè)數(shù)字技術(shù)就可以達(dá)到非常精確的恒壓和恒流的控制。所謂的實(shí)時(shí)控制，就是說(shuō)在每一個(gè)周期，都對(duì)變壓器上的波形每一點(diǎn)都進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)交流波形的實(shí)時(shí)分析，我們要不停的尋找一個(gè)最佳的點(diǎn)去采集這個(gè)電壓。同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)的分析就知道系統(tǒng)工作開(kāi)通到底在多少時(shí)間，關(guān)斷到底在多少時(shí)間，還有變壓器的磁恢復(fù)到底是多少時(shí)間，這些都是每個(gè)周期動(dòng)態(tài)的實(shí)現(xiàn)。一個(gè)更重要的方面，因?yàn)樗械淖儔浩鞫紩?huì)有非常大的噪音的，沒(méi)有那么平滑，那么利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的濾波，根據(jù)系統(tǒng)它的噪音到底應(yīng)該是多大，怎樣把這些噪音濾掉，怎么樣會(huì)把原始的準(zhǔn)確的輸出電壓、輸出電流還原出來(lái)，這就是我們所做的一個(gè)實(shí)時(shí)的波形分析。

Q10：電壓檢測(cè)端的電容對(duì)該芯片有沒(méi)有電氣影響？

A10：假設(shè)電壓檢測(cè)端的電容是一個(gè)電壓檢測(cè)點(diǎn)。有兩個(gè)部分，一是在初級(jí)的Vin的部分，一個(gè)小濾波電容。濾波電容是用來(lái)濾掉一些雜質(zhì)，電容的存在是需要的。目前的數(shù)值是470pF~nF之間。還有一個(gè)電容是在Vsense腳，電容是幾十皮法來(lái)做的，也是用來(lái)濾掉那些雜質(zhì)。

Q11：初級(jí)控制架構(gòu)是否對(duì)變壓器的結(jié)構(gòu)及繞制工藝有很高的要求？

A11：不會(huì)。首先，恒壓部分檢測(cè)到的電壓點(diǎn)并不會(huì)受初級(jí)漏感所影響，電路里面，芯片內(nèi)部有一個(gè)緣回電路會(huì)讀取檢測(cè)到電壓后緣點(diǎn)，前面的漏感電壓將會(huì)被排斥掉。恒流時(shí)，是以工作的waste time來(lái)計(jì)算，從而計(jì)算它的CC恒流的位置。恒流的位置也受初級(jí)的檢測(cè)電阻控制，所以變壓器的電感值或漏感值并不會(huì)影響到它CB時(shí)候的精確值或者是CC電流的恒定值。

Q12：使用數(shù)字控制器對(duì)于變壓器的設(shè)計(jì)是否有什么特殊注意事項(xiàng)？如果系統(tǒng)因?yàn)樗矐B(tài)外部條件變化而進(jìn)入連續(xù)工作模式，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)什么情況？

A12：從數(shù)字控制器本身來(lái)講，對(duì)變壓器沒(méi)什么要求。對(duì)初級(jí)控制來(lái)講，檢測(cè)點(diǎn)是當(dāng)變壓器復(fù)位之后去檢測(cè)這，從理論上講，對(duì)變壓器的整個(gè)要求不是很高。第二，這個(gè)理論的成立是在非連續(xù)狀態(tài)下工作，也就是說(shuō)，出現(xiàn)任何一種情況，它都不會(huì)進(jìn)入連續(xù)模式，如果進(jìn)入連續(xù)模式就是不正常的，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)而關(guān)閉。

Q13：數(shù)字處理要消耗一定的時(shí)間,會(huì)對(duì)性能造成影響嗎?如何解決?

A13：數(shù)字處理確實(shí)要消耗一定的時(shí)間，但是這個(gè)時(shí)間并不是一個(gè)絕對(duì)的時(shí)間。我們知道數(shù)字處理最重要的是它是一個(gè)時(shí)鐘，那么它時(shí)鐘是多少？因?yàn)槲覀償?shù)字處理的時(shí)間并不是說(shuō)我做一個(gè)計(jì)算，做一個(gè)加法、做一個(gè)除法，它到底是一個(gè)微妙、一個(gè)納秒，我們并不是絕對(duì)的講這個(gè)時(shí)間，我們所講的是它需要幾個(gè)數(shù)字時(shí)鐘。在設(shè)計(jì)芯片的時(shí)候，數(shù)字時(shí)鐘它所設(shè)計(jì)的速度是允許我們?cè)谧羁斓墓ぷ黝l率下完成所有的計(jì)算，在每一個(gè)周期里面都能完成的信息處理，然后控制下一個(gè)周期的工作。

Q14：芯片是怎樣進(jìn)行輸出電流檢測(cè)的？

A14：輸出電流檢測(cè)并不在輸出檢測(cè)或者副邊檢測(cè)，而是在初級(jí)部分的原邊檢測(cè)。是由晶片根據(jù)它所看到的初級(jí)Bias-Winding的電壓波形做分析，然后記下時(shí)間，得出適當(dāng)?shù)腜導(dǎo)鏈的通導(dǎo)時(shí)間，從而控制能量的要求。