數字電源是一種系統，可讓您使用針對電源設備的特殊控制技術轉換能量。在數字電源系統的設計中，主要目標是最大限度地提高使用數字管理和控制機制的電源應用的效率。通過這種方式，可以使用數字硬件和軟件算法監控和監督數據和信息。該控制有助于實時提供信息，從而允許自動調整能量流以實現高效率。對于這樣一個微妙的領域，不可能即興創作不同的電路：必須考慮多種用途，例如性能、效率、電壓、溫度、消耗和安全性。

功率分析工具

有旨在分析和測試適用于能量轉換的不同類型應用的硬件和軟件工具，以協助設計人員開發功率器件。從這個意義上說，數字電子設備有助于控制并提高測量和系統響應的精度和可靠性。讓我們通過將它們放在最合適的應用領域來檢查其中的一些。

五金工具

在硬件層面，公司提供電子評估板，設計人員可以使用它在開發階段以簡單、安全和快速的方式測試系統。這些大多是旨在簡化大功率應用設計的控制器。這些設備允許簡單的模塊化設計，并為最關鍵的環境提供高度穩健的解決方案，通常由硬件評估和仿真工具支持。作為一個例子，讓我們看看該行業的一些產品。很明顯，數百家公司與許多汽車制造商合作，正在開發功能越來越強大的數字電源系統。

評估板

評估板通常是逆變器，設計用于執行定向檢查，帶或不帶傳感器，標稱功率為幾瓦。它們通常由低損耗和快速橋組成。例如，意法半導體的 STEMAL-IHM045V1 型號是一款標稱功率高達 100 W 的正弦三相逆變器。它由一個基于 STGIPN3H60A SLLIMM 的 3A / 600 V IGBT 的三相通道組成。

如果您想要不同的、更強大的東西，可以使用英飛凌科技的 EVAL-IGBT-D2PAK-40A 板。它是 40 A、650 V 半橋 D2Pak 轉換器的評估板。它允許使用安裝在 IMS 上的 D2Pak 容器中的 IGBT IKB40N65EH5 評估半橋拓撲中的 650 V TRENCHSTOP 5。該板有兩 (2) 個變體：

HB 在 D2Pak 中帶有兩 (2) 個 40A 650V TRENCHSTOP 5 IGBT 開關；

HB 在 D2Pak 中帶有四 (4) 個 40A 650V TRENCHSTOP 5 IGBT 開關（2 個并聯開關）(EVAL-IGBT-D2PAK-80A)。

該板允許快速輕松地控制。與在 TO247 通孔封裝中使用 IGBT 的傳統設計相比，它根據在 IMS 上組裝的 HB IGBT D2Pak 功率轉換器的高功率密度和極其緊湊的尺寸進行分類。與典型的 TO247 解決方案相比，SMD 解決方案提高了功率轉換器的效率，因為 IGBT 上的功率損耗更小、IGBT 結溫更低，以及運行期間的 VCE 關斷峰值更低。D2Pak 外殼蓋轉換器的設計提高了性能并增加了功率密度和可靠性。

模擬工具的 EVAL-ADP1048 模型（圖 1）代表另一個評估板。

作為一種典型的功率因數校正（PFC）交直流開關電源，該電路設計用于從85 VRMS AC和265 VRMS AC之間的輸入電壓源提供385 V/600 W的額定負載。它實現了幾乎單一的功率因數、低輸入電流失真、輸出電壓調節、電流保護、檢測和保護交流線路故障、過溫保護、，以及供應的相對中斷。效率性能可以通過輕負載、調節輸出電壓和降低工作頻率來優化。交流輸入由輸入端子、EMI濾波器、浪涌繼電器和相關控制電路組成，D1是用于傳輸主電源的整流橋。D4用于感應輸入電壓。升壓電路由電感器（L2）、開關（Q1）和二極管（D2）組成。柵極信號通過ADP3634驅動器來自ADP1048（U1）。熱敏電阻（RTD1）位于MOSFET附近的電路板上，可以防止過熱。

圖1：模擬設備的EVAL-ADP1048評估板

軟件工具

在軟件基礎上也有許多創新。大多數程序都涉及優化應用程序。尋找設備的最佳工作點使我們能夠在各個方面獲得最佳性能，有利于安全、節能、動力、重量和尺寸，尤其是效率。該字段此時是數字的。擁有跟蹤所有功率響應曲線的程序和應用程序至關重要。其中一些會收取費用，另一些則免費且可從網上免費下載。甚至這些類型的軟件也被標記為未來的實用程序，因為它們是設計不可或缺的基礎。讓我們快速看一下這個有價值的優化軟件。其中之一是瑞薩電子 CompZL。CompZL 是一款功能強大且易于使用的軟件工具，可進行 PID 優化。

另一個非常有效的軟件工具是德州儀器的 powerSUITE。它是一套軟件工具（也可以從名稱中推斷出來），用于為德州儀器 (TI) 的 C2000 系列微控制器（MCU Real-Time）設計數字電源。該計劃可幫助電源工程師和設計人員在設計基于 C2000 實時 MCU 的數字控制電源時顯著縮短開發時間。他們中的許多人正在從基于模擬的電源項目轉向基于數字的項目，因此需要簡單直觀的工具來幫助他們評估、開發和測試項目。PowerSUITE 包含三種不同的工具，可幫助工程師以幾乎無痛的方式處理數字電源系統的不同設計階段：

解決方案適配器模塊允許修改專用于 TI 數字電源的庫中現有的代碼示例，并允許對板進行自定義配置。該工具還允許設計人員選擇要適應的電源拓撲，為該拓撲選擇最相關的選項（例如磁值），并允許將這些選項定制到解決方案中，以實現極其個性化的設計；

Compensation Designer 模塊允許設計不同樣式的補償器（例如 PID、2p2z、3p3z）以獲得所需的閉環性能。這可以使用系統的測量數據或由前一個模塊建模的功率級來實現。必須在設備上編程的系數由應用程序生成，可以直接復制到代碼中；

軟件頻率響應分析儀 (SFRA) 模塊允許測量功率轉換器的開環增益。從而快速輕松地測量電源帶寬、增益裕度和相位裕度。

圖 2：德州儀器的 powerSUITE 軟件

結論

開發用于高級電力電子控制的電源轉換器和模塊可能是一項令人沮喪的挑戰。新的應用需要新的轉換器，專門從事數字電力電子的工程師并不多。按照當今的技術，電源轉換器也變得越來越復雜。數字控制提高了性能。標準轉換器通常不能完美地適應應用?？臻g限制和性能通常需要定制的解決方案。因此，為了充分利用系統，最好依靠硬件和軟件資源，因為數字行業將越來越需要數字工具。

審核編輯 黃昊宇