高效的PFC 控制器，包含功率測(cè)試功能方案

實(shí)時(shí)能耗測(cè)量，包括離線電源的輸入有功功率、輸入 RMS 電壓和輸入 RMS 電流測(cè)量，變得越來越重要。這些測(cè)量可用于調(diào)整電力輸送和優(yōu)化能源使用。傳統(tǒng)上，輸入功率和電流是由專用的功率計(jì)量芯片測(cè)量的，但是這會(huì)增加額外的成本和設(shè)計(jì)工作。

對(duì)于模擬控制電源，如果需要進(jìn)行功率計(jì)量，則使用專用儀表 IC 是唯一的選擇。但是，對(duì)于數(shù)字電源控制器，由于它已經(jīng)具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 和 CPU，因此它也可以用于輸入功率和電流測(cè)量。在數(shù)字功率控制器中實(shí)現(xiàn)功率計(jì)量功能似乎很簡單，但有幾個(gè)含義使其真正具有挑戰(zhàn)性。

首先，數(shù)字控制器主要是功率控制器;它的主要目標(biāo)是控制電源?？刂破鞯娜魏晤~外功能都不應(yīng)降低電源性能，例如功率因數(shù) (PF)、總諧波失真 (THD) 等。因此，需要仔細(xì)組織固件，以便僅將空閑 CPU 時(shí)間用于供電計(jì)量功能。

其次，數(shù)字控制器 針對(duì)電源控制進(jìn)行了優(yōu)化，而不是針對(duì)電能計(jì)量目的進(jìn)行了優(yōu)化。例如，專用儀表 IC 可能具有高達(dá) 22 位的 ADC，而市場(chǎng)上的大多數(shù)數(shù)字電源控制器只有 10 或 12 位的 ADC。如何使用不太好的 ADC 來實(shí)現(xiàn)相同的測(cè)量精度具有挑戰(zhàn)性。

最后，電能計(jì)量精度要求非常嚴(yán)格。例如，輸入有功功率測(cè)量需要精確到 1%。在數(shù)字控制器中實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量功能可能沒有那么困難，但要滿足精度要求卻非常困難。需要采取特殊措施，如同時(shí)測(cè)量電壓和電流，EMI濾波器無功電流補(bǔ)償?shù)取?

不要害怕這些挑戰(zhàn)，雖然很困難，但絕對(duì)是可行的。TI 已成功開發(fā)出基于數(shù)字電源控制器UCD3138的低成本但精確的電能計(jì)量解決方案，它具有以下特點(diǎn)：

· 使用現(xiàn)有的PFC控制器芯片和硬件，省去傳統(tǒng)的專用功率計(jì)IC和額外的感應(yīng)電路。

· 達(dá)到 1% 的測(cè)量精度，業(yè)界最佳

· 簡單的兩點(diǎn)校準(zhǔn)，可量產(chǎn);校準(zhǔn)源可以是交流或直流源。

· 由于優(yōu)化的數(shù)學(xué)計(jì)算和較小的 CPU 使用率，對(duì)正常的 PFC 控制沒有影響

· 降低具有功率計(jì)功能的離線電源的成本和設(shè)計(jì)工作

對(duì)于需要輸入功率測(cè)量的 PFC 應(yīng)用，使用數(shù)字 PFC 控制器并在控制器中實(shí)現(xiàn)功率計(jì)功能是降低成本的有效方法?，F(xiàn)在它不僅是一個(gè)電源，它還是一個(gè)功率計(jì)。這將使我們的電源在我們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中處于領(lǐng)先地位。

UCD3138系列是德克薩斯儀器公司生產(chǎn)的一款數(shù)字電源控制器，在單芯片解決方案中提供了卓越的集成度和性能。與德克薩斯儀器公司的UCD3138x數(shù)字電源控制器相比，UCD3138x在UCD3138A64(UCD3138128中為128 kB)中提供64 kB的程序閃存，以及其他通信選項(xiàng)，如SPI和第二個(gè)I2C端口。多個(gè)32 kB存儲(chǔ)組中的程序閃存的可用性使設(shè)計(jì)者能夠在設(shè)備中實(shí)現(xiàn)固件的雙映像(例如，一個(gè)主映像+一個(gè)備份映像)，并提供使用適當(dāng)算法從任一存儲(chǔ)組執(zhí)行的選項(xiàng)。它還為處理器創(chuàng)造了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，可以加載一個(gè)新程序，然后在不中斷電源傳輸?shù)那闆r下執(zhí)行該程序。此功能允許最終用戶向現(xiàn)場(chǎng)電源添加新功能，同時(shí)消除加載新程序所需的任何停機(jī)時(shí)間。

UCD3138系列的靈活性使其適用于各種功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用。此外，設(shè)備內(nèi)部的多個(gè)外圍設(shè)備經(jīng)過了專門優(yōu)化，以提高AC/DC和隔離DC/DC應(yīng)用程序的性能，并減少IT和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的解決方案組件數(shù)量。UCD3138系列是一個(gè)完全可編程的解決方案，為客戶提供對(duì)其應(yīng)用程序的完全控制，以及充分區(qū)分其解決方案的能力。同時(shí)，TI致力于通過提供一流的開發(fā)工具簡化客戶的開發(fā)工作，包括應(yīng)用程序固件、Code Composer Studio? 軟件開發(fā)環(huán)境和TI的Fusion Power開發(fā)GUI，使客戶能夠配置和監(jiān)控關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)。

控制器的核心是數(shù)字電源外圍設(shè)備(DPP)。每個(gè)DPP都實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高速數(shù)字控制回路，由一個(gè)專用的誤差模數(shù)轉(zhuǎn)換器(EADC)、一個(gè)基于PID的2極2零數(shù)字補(bǔ)償器和脈寬分辨率為250ps的DPWM輸出組成。該設(shè)備還包含一個(gè)12位、267 ksps的通用ADC，最多有15個(gè)通道、定時(shí)器、中斷控制、PMBus、I2C、SPI和UART通信端口。該設(shè)備基于32位ARM7TDMI-S RISC微控制器，可執(zhí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、配置外圍設(shè)備和管理通信。ARM微控制器通過可編程閃存以及片內(nèi)RAM和ROM執(zhí)行其程序。

除DPP外，還添加了特定的電源管理外圍設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作范圍內(nèi)的高效率、提高功率密度的高集成度、可靠性、最低的總體系統(tǒng)成本和高靈活性，并支持最廣泛的控制方案和拓?fù)洹＿@些外圍設(shè)備包括：輕負(fù)載突發(fā)模式、同步整流、LLC和移相全橋模式切換、輸入電壓前饋、銅跟蹤電流檢測(cè)、理想二極管仿真、恒流恒功率控制、同步整流軟開關(guān)、峰值電流模式控制、磁通平衡、二次側(cè)輸入電壓檢測(cè)、，高分辨率均流，硬件可配置預(yù)偏置軟啟動(dòng)，以及其他一些功能。拓?fù)渲С忠厌槍?duì)電壓模式和峰值電流模式控制的移相全橋、單相和兩相PFC、無橋PFC、硬開關(guān)全橋和半橋、有源箝位正激變換器、雙開關(guān)正激變換器和LLC半橋和全橋進(jìn)行了優(yōu)化。