智能电源和高级数字信号控制器（DSC）

设计能处理多输出、负载均衡的协调和热交换的智能电源是一项复杂的任务。使用模拟电路在智能电源中实现系统和控制功能的设计人员经常发现这种电路成本高且不够灵活。涉及低端、简单的直流－直流电源转换（额定功率小于100W）和交流－直流电源转换（额定功率小于250W）时，模拟方式仍有优势。

但是，在多功能、大功率电源（直流－直流 > 100W，交流－直流 > 250W）中，电源转换反馈环路的数字控制能克服模拟方式的多数限制。近来，设计人员开始将单片机（MCU）加入到此类电源中，以实现监视、控制、通信功能，甚至决定性的功能（如电源序列、软启动和拓扑控制）。然而，由于缺乏低成本、高性能的技术，电源转换环路的全数字控制仍是无法实现的。

用数字信号控制器（DSC）实现智能开关电源（SMPS）设计
数字电源转换已可用低成本方法实现。带有为电源定制的外设的新型数字信号控制器（DSC）使之成为可能。智能电源需要基于计数器的脉宽调制（PWM）模块、基于模拟比较器的反馈和协调的模数转换器（ADC）采样，以及能在一个时钟周期内完成的快速乘法运算。由于组合了以上板载功能部件，最新型的DSC能实现控制环软件所需的高速执行速度。

开始电源设计前，设计人员必须选择符合应用要求的拓扑结构，例如升压、降压或者隔离（顺向型、半桥或全桥）。接下来必须选择硬开关或软开关技术。软开关技术的开关损耗较低，但需要较复杂的电路和控制，使用提供专门支持软开关的功能的高级DSC能使电路及控制方案得以简化。

开发智能电源最关键的问题是选择控制方法。电压模式和电流模式控制是基于传统模拟SMPS控制技术的两种控制方法。

早期SMPS设计利用电压模式控制，其中锯齿波生成器驱动电压比较器的一个输入，而来自误差放大器/环路滤波器的误差信号驱动另一个输入（见图1）。结果得到完全基于电压误差信号的PWM脉冲。虽然这样是可行的，但该电路有两大基本限制——没有保护电路元件的限流措施；对输入或输出瞬变响应慢。

图1：电压模式控制
电流模式控制
随着SMPS设计的日渐成熟，设计人员逐渐转向依靠“电流模式”控制的更有效、更安全的系统。该系统用电感电流驱动的电流反馈信号取代了锯齿波发生器。结果得到一个峰值电感电流直接受控于误差信号的系统，它消除了由于电流过大导致的潜在电路故障（见图2）。由于电流模式控制调节了电感电流，电感“极点”或延时从控制环路有效地去除，从而改善了系统的瞬态响应。

图2：电流模式控制
斜率补偿设计问题
与多数模拟电流模式PWM控制器相关的重大设计问题是控制器只能测量峰值电流。而我们需要的功能是测量平均电流，因为该电流值与输出电容一起决定所需的输出电压。
通常，设计人员可以将平均电流估计为峰值电流的一半。占空比小于50%时，电感电流有足够时间在开始下个PWM周期前衰减到0。只要在PWM周期结束前电感电流能达到0，平均电流就将等于峰值电感电流的一半（见图3）。