Funkce
Navrženo pro požadavky komunikačního průmyslu
Přijetí mezinárodní pokročilé vysokofrekvenční technologie fázově posunuté gerezonance, ultraširokorozsahové napájecí sítěACinput,
Themoduleadoptspowerfactorcorrectiontechnology,whichisefficientandreliable.
Plně automatické sdílení prouduN+1 redundantní modulární design
Themonitoringsystemrealizestherectifiermodule,feederinput,andbatteryintelligenceReal-timetubemonitoringsystemrealizesrectifiermodule,
vstup podavače, inteligentní baterie v reálném čase
Withmulti-levellightningprotectionmeasures,thesystemhasstrongimpactresistanceandfastdynamicresponse
Completesystemscheme,whichcanbewidelyusedinvariouscommunicationequipmentsupporting
Technologie
Návrh optimalizace inteligentního digitálního napájecího systému
Introducedthemaincharacteristicsanddevelopmentstatusofthedigitalpowersystem,brieflyanalyzedtheperformancecharacteristicsandworkingprinciplesofthevariouschipsthatmakeupthesystem,andfocusedonthecircuitdesignofthedigitalpowersystem.Itprovidesaspecificschemefortherealizationoftheoptimaldesignofthedigitalpowersystem.
Úvod
Switchingpowersuppliesaredevelopinginthedirectionofintelligenceanddigitization.Theintelligentdigitalpowersystemthathasjustcomeoutisattractingpeople'sattentionwithitsexcellentcharacteristicsandcompletemonitoringfunctions.Digitalpowersuppliesprovideintelligentadaptabilityandflexibility,withtheabilitytodirectlymonitor,processandadapttosystemconditions,andcanmeetanycomplexpowerrequirements.Inaddition,thedigitalpowersupplycanalsoensurethelong-termreliabilityofthesystemthroughremotediagnosis,includingfaultmanagement,over-currentprotection,andavoidanceofdowntime.
Funkce
Hlavní vlastnosti digitálního energetického systému
Digitální napájecí systém má následující funkce.
1)Itisanintelligentswitchingpowersupplysystemcomposedofdigitalsignalprocessor(DSP)ormicrocontroller(MCU)asthecoreanddigitalpowerdriverandPWMcontrollerasthecontrolobject.Thetraditionalswitchingpowersupplycontrolledbyamicrocontroller(μPorμC)generallyonlycontrolsthestartupandshutdownofthepowersupply,andisnotatruedigitalpowersupply.
2)Adoptingthe"IntegratedDigitalPower"(FusionDigitalPower)technology,theoptimalcombinationofanaloganddigitalcomponentsintheswitchingpowersupplyisrealized.Forexample,theanalogcomponentusedinthepowerstage,theMOSFETdriver,canbeeasilyconnectedtothedigitalpowercontrollerandrealizevariousprotectionandbiaspowermanagement,andthePWMcontrollerisalsoanumericallycontrolledanalogchip.
3)Highintegration,whichrealizesthepowersystemonchipintegration(Powersystemonchip),integratingalargenumberofdiscretecomponentsintoachiporagroupofchips.
4)Itcangivefullplaytotheadvantagesofdigitalsignalprocessorsandmicrocontrollers,sothatthedesigneddigitalpowersupplycanreachhightechnicalindicators.Forexample,itspulsewidthmodulation(PWM)resolutioncanreach150ps(10-12s),whichisbeyondthereachoftraditionalswitchingpowersupplies.Thedigitalpowersupplycanalsorealizethefunctionsofmulti-phasecontrol,non-linearcontrol,loadcurrentsharingandfaultprediction,whichprovidesconvenientconditionsforthedevelopmentofgreenenergy-savingswitchingpowersupplies.
5)Je to vhodné pro vytvoření distribuovaného digitálního energetického systému.
Stav vývoje
Vývojový stav systému digitální energetiky
Withthedevelopmentofmodernscienceandtechnologyandthedemandofswitchingpowersupplymarket,Atthebeginningofthe21stcentury,thedevelopmentofdigitalpowersystemsbeganinternationally.InMarch2005,TexasInstruments(TI)announcedthelaunchofinnovativedigitalpowerproducts,whichcannotonlysignificantlyimprovetheperformanceofthepowersystem,butalsogreatlyextenditsservicelife.ThecompanyalsodemonstratedtheFusjonDigitalPowesolutiontoprovethatthedigitalpowersystemcanachievehighperformanceindicatorsanddesignflexibilityataverycompetitivelowcost.
Řešení zahrnuje následující 3 typy čipů:
1)Digitální výkonný ovladač řady UCD7K (včetně UCD7100 a UCD7201);
2)Řízení PWM řady UCD8K (včetně UCD8620 a UCD8220);
3) Procesor digitálního signálu řady UCD9K (UCD9110/9501).
Theabove-mentionedchipshaveformedaseriesofproductsandwillbeofficiallysoldinthefallof2005.ThisproductsupportspowersystemsfromAClinestoloads,andcanbewidelyusedintelecommunicationsfacilities,computerservers,datacenterpowersystems,anduninterruptiblepowersupplies(UPS).
Základní struktura
2.lDigitální ovladač
UCD7100/7201arealldigitalcontrolpowerdriverchips.ThedifferenceisthatUCD7100isasingle-endedoutput,UCD7201isadouble-endedoutput,theratedoutputcurrentis±4A,candriveMosFETswitchpowertube,canbeadaptedtoUCD9110/9501digitalcontroller.Themaincontrollercanmonitoritsoutputcurrent,quicklydetectover-currentfaultsandquicklyturnoffthepowersupply,withadetectioncycleofonly25ns.
Vezmeme-li příklad UCD7100,jeho diagram vnitřního blokujezobrazennaobrázku1.
Mainlyincludes3.3Vvoltageregulatorandreferencevoltagesource,trigger,Schmittcomparator,undervoltageshutdowncircuit,controlgate,TrueDrivedriver."TrueDrive"isaproprietarytechnologyofTI.Itisahybridoutputstagecomposedofapull-up/pull-downcircuitcomposedofbipolartransistorsandMOSFETsinparallel.Itsadvantageisstrongdrivingability,normaloutputevenatlowvoltage,andcancontroltheovervoltageandundervoltageprotectionofexternalpowerMOSFETunderextremelylowoutputimpedance.ThepowerMOSFETdoesnotneedtobeconnectedtoaprotectiveSchottkyclampdiode.UCD7100canprovideahighpeakcurrenttothegateoftheMOSTFETwithinafewhundrednstoquicklyturnonthedriver.TheUCD7100'shigh-impedancedigitalinput(IN)canreceivesignalswitha3.3vlogiclevelandamaximumswitchingfrequencyof2MHz.TheSchmidtcomparatorcanisolatetheinternalcircuitfromexternalnoise.IfthePWMoutputofthecontrollerstopsatahighlevelandanover-currentfaultoccurs,thecurrentdetectioncircuitturnsofftheoutputofthedriver,andthesystemcanentertheretrymode.ThroughthewatchdogcircuitinsideDSPorMCU,thechipcanberestarted.The3.3v/lOmAvoltageregulatorinsideUCD7100canbeusedasthepowersupplyofthedigitalcontroller.
Řadič 2.2PWM
UCD8220/8620isadouble-endedpush-pullPWMcontrollercontrolledbyDSPorMCU.ThedifferencebetweenthetwoisthatUCD8220canbestartedwithalowvoltageof48V,anda110VhighvoltagestartcircuitisaddedinsideUCD8620.TheinternalblockdiagramofUCD8220isshownasinFig.2.
Mainlyincludes3.3vvoltageregulatorandreferencevoltagesource,pulsewidthmodulator(PWM),drivelogic,push-pulldriver,undervoltageshutdowncircuit,currentlimitingcircuit,currentdetectioncircuit.UCD8220/8620canruninpeakcurrentmodeorvoltagemode,notonlycanprogramthelimitcurrent,butalsooutputalimitcurrentdigitalsignthatcanbemonitoredbythemaincontroller.ThetimingoperatingwaveformofUCD8220/8620isshownasinFig.3.
2.3DigitalSignalProcessor (DSP)
UCD9501 je procesor digitálního signálu nebo speciálně navržený pro systémy digitálního napájení od TI. Mezi jeho podobné produkty patří TMS320F2808 a TMS320F2806. Obsahují hlavně 100MHz 32bitový CPU,interní hodinový oscilátor, CI, PI, sběrnice PI, interrupční sběrnice, 332-bitové sběrnice sběrnice a rozhraní sběrnice IC a 12 signálů PWM. Výstup, systémový řadič, 16 kanálů a 12 bitů. ADC, 16 K × 16 Flash, 6 K × 16 SARAM, 1 K × 16 ROM .Používá standardní vstupní/výstupní rozhraní 3.3, které je plně kompatibilní s řadou UCD8K. Použijte PowerPADTMHTSSOP a lze naprogramovat softwarový balík QFN.
Návrh obvodu
Inteligentní digitální napájecí systém se může skládat ze 6 částí: PWM, pohon, DSP, obvod rozhraní, displej a klávesnice. Blokový diagram systému je zobrazen na obr.
ThedigitalsignalprocessorUCD9501inthefigureisconnectedtothekeyboardandthedisplaythroughtheinterfacechip.Theusercannotonlyobservethecurrentpowerparametersfromthedisplay,butalsomodifythepowerparametersatanytimethroughthekeyboard.
Inordertosimplifytheconfiguration,adigitalsignalprocessor(UCD9501)andadigitalcontrolpowerdriver(UCD7100)canalsoformanintelligentdigitalpowersystem.ThecircuitisshowninFigure5.
The+36～72VDCinputvoltageU1obtainedbyACvoltageafterrectificationandfilteringisconnectedtotheprimarywindingofthehigh-frequencytransformer;afterR1andR2aredivided,theyarerespectivelyconnectedtotheanaloginputterminalAN1ofUCD9501AndAN2.TheotherendoftheprimarywindingisconnectedtoapowerMOSFET.R3isthecurrentlimitingresistor.R4isthecurrentsenseresistor.TheoutputvoltageofthebiaswindingisrectifiedandfilteredthroughVD1andC1toobtaina+12vDCbiasvoltage,whichisconnectedtothepowersupplyterminal(UDD)ofUCD7100.The3.3vvoltageoutputbyUCD7100providespowerforUCD9501.ThesecondaryrectifierfiltercircuitiscomposedofVD2,LandC2.VD3isafreewheelingdiode,andUDistheDCoutputvoltage.Thepulsewidthmodulationsignal(PWMA)outputfromUCD9501issenttotheINterminalofUCD7100.Thelimitcurrentflagterminal(CLF)ofUCD7100isconnectedtotheinterruptterminal(INT)ofUCD9501,andthelimitcurrentsettingterminal(ILIM)isconnectedtotheGMTRterminalofUCD9501.Theoutputstagecanbeisolatedfromtheinputstagebyusinganoptocouplerisolationamplifier.
Když UDD=12V,UCD7100zatěžovací kapacitaCLOAD=10nF,spínací frekvencef=300kHz,spotřeba energie je P=CLOADUDD2=10nF*(12v)2*300kHz=0,432W.BiascurrentI=P/3WAD.
IfUCD7201isused,twoexternalpowerMOSFETscanbedriven.Inaddition,UCD9501andUCD8620canbeusedtoformadigitalpowersystem.
Závěr
Digitalpowersystemhassignificantadvantagessuchashighintegration,highcostperformance,completepowermanagementfunctions,simpleperipheralcircuits,anduser-orienteddesign.Itcreatesfavorableconditionsforrealizingtheoptimaldesignofintelligentpowersystem.