实用电源设计Q & A系列之一-更具优势的AC-DC适配器充电器

Q1：该新型数字控制技术具体优势是什么？

A1：优势主要是看用在什么功率上。如果是在低功率上，优势主要是在它是用数字方式来实现初级的控制，省略了次级的恒流电路、稳压电路，也就是说用初级的方式能够得到同样的次级控制的效果。另一个方面，能够节约成本，大家所知道的TL431，光耦，运算放大器等等。

Q2：这种数控适配器能用在通讯系统里面吗？比如基站，容不容易引起反串干扰？

A2：1692，168 这些控制线是针对低功率的。对于基站来讲，功率是比较大的，不推荐使用这种。

Q3：在做开关电源开机的时候会有“嚓”的一声，负载电阻满功率老化的时候，正常工作也会有“嗞嗞”的声音，请问一般是什么原因造成的，该怎样解决？

A3：一般来讲，“嚓”的一声是由磁性器件的磁性和线圈发出的，也可能是由变压器和电感产生的；“磁磁磁”的声音是由变压器发出的，尤其是在反激变压器里，由于变压器有储能的缘故。解决方案有两种，第一要让整个系统工作很平稳，不要有大小波的出现。第二是在选用元器件时，要减小电容的损耗值。具体情况因设计而定。谢谢！

Q4：请问数字控制技术设计指的是什么？是指PWM吗？

A4：数字控制技术是指内部控制器采用数字的方式来做。

Q5：ACDC适配器技术已经非常成熟了，现有的PWM控制器如384X、1203、6841都能达到很好的性能，为什么iwatt还要在这个模拟领域介绍数字技术，该数字技术有何特殊性呢？或是能降低成本吗？

A5：技术的发展是永无止境的，没有任何一个产品或者技术是不可取代的。电源未来的发展更注重环保，环保要求用等量的材料达到更高的效率。小体积是直接的要求，当然成本也是必要的考量。在兼顾成本、性能以及可靠性的同时，传统的PWM方案面临挑战，比如说如何实现毫瓦级的损耗，再比如对于3、5W的手机充电器，电阻和成本都是非常重要的，更不要说PCB的大小以及其他的一些因素。从传统的通用性来说，PWM_IC不适合未来的发展，对于不同的应用设计出优化的系统解决方案才是长久之计。iwatt的方案是具有针对性的系统方案，并进而采用数字控制技术进行优化处理。比如对于不同的输入电压和负载，控制芯片会调整开关频率和状态，以维持高效、恒流和恒压。对于3W的手机充电器，我们提出了缘边控制技术，无需传统次级的控制电路，能实现比传统的控制技术更好的效果。比如，在传统的设计方案中，如果采样电阻短路，电源只能工作在一个恒功率状态，在不同输入电压下，功率往往不一样；我们的方案是不管任何元器件的开、短路皆能有效的控制输出的电流不超过额定的电压和电流。因为数字技术具有记忆和智能判断的能力，与传统的比较，这是我们的优势。

Q6：请问DC适配器充电器的新型数字控制方法现在的成熟度怎么样？到哪一个阶段呢？

A6：如果把数字控制器在电源发展看作RC的单一激励震荡来看，iwatt技术已进入稳定的数字发展阶段。Iwatt是最早开发数字电源控制的公司，始于2000年。目前采用我们数字控制芯片在产品以及全世界大批量的应用开始于2005年。现在越来越多的公司加入这一行业，尤其是缘边控制方案。现在市场上推出不少于五款的缘边控制IC，当然，在DC/DC领域，数字控制方案可以说非常普遍的，也是非常多的。可以预见，数字电源的发展将会对传统电源工业的发展具有非常重要的影响。

Q7：请谈谈数字技术在开关电源应用方面的现状和未来发展，及其所具有的突出优势和劣势？

A7：这个是一个通用的问题，并不是针对我们公司的产品，所以我就说一下在这个行业数字控制的优点和缺点体现在那些方面。从优点来讲，大概有七点：第一点是它的监测。比如说监测电源的电压变化、电流变化、温度的变化，这些变化随着时间而改变。当电源在运行时，电压会发生很多变化，这就是检测的功能。在传统的模拟电源里很容易实现；第二点是通讯功能。大部分电子设备都是以数字技术为基础的，有了数字接口，通讯起来非常简单；接下来是控制的技术。电源从根本上来讲就是一个开和一个关，信号本身就一个数字的信号，所以对于数字技术来说，需要数字来控制系统是自然的；第四点是配置问题。它能动态的检测系统的参数，就像在系统运行的过程中，随着负载的变化，输出的电流是变大还是变小，系统对稳定性或者环路的参数来讲是有变化的；对数字技术来讲，可以检测到当前的系统到底运行在什么样的状态，输出的功率是多少，那么当前系统的模型就是什么状态。从控制的角度来讲，可以变化参数；保护功能也很重要，保护功能也是一个数字的信号，也就是说PT是不是过热了，是不是过压了，是不是应该先把它关掉，或者说它什么时候安全了，再把它打开；第六点是检测问题。如果系统发生了问题，从某种角度来讲，只能通过示波器或万用表测量，从外围的设备来检测到底是什么问题。对于数字技术，很多信号都是在数字内部已经表现出来，如果有其他设备的检测接口，就可以直接把这个问题说出来。从系统的角度来讲，如果一个系统有两个电源，当电源出了问题，可以告诉系统到底是哪个电源出了问题，如果系统有很多电源或很多输出，哪个电压需要先进行，哪个电压需要后进行，这是一个顺序的问题，这些问题都可以通过数字技术实现。这些就是数字电源的优势。从劣势来讲，因现在市场上数字电源还不是很广泛，从元器件的角度来讲，像模拟的控制芯片，比如3842、3843很多厂商都在生产，但是生产出来的产品并不是一样的，所以在通用性问题或者成本问题上，很多设计人员都有一些顾虑。从设计的本身来讲，并不是那么广泛和完善。有些设计人员担心，我们设计的数字芯片是不是把以前的模拟的概念都忘记了，是不是我要学很多编程，从目前来看这也是一个比较劣势的地方。从我们公司的角度出发，另外从iwatt的产品来看，我们希望提供一个低成本，并且非常容易设计，也就是说并不需要大家去编程，并不需要大家了解到底内部数字是怎么样去实现，设计的时候只需要像传统的芯片一样，以传统芯片的眼光，从模拟的角度去看这个芯片怎么设计。在这个过程就能体会数字设计的优点在哪里。

Q8：iWatt的IC是怎样获得动态控制的，它与传统的方案相比怎样？

A8：谈到动态控制，一个很大的特点是原边控制。与传统的方案相比区别在于，传统的方案不管是输出电压还是输出电流都要通过副边的检测来控制原边MOS管的开通和关断，所以通过端口传到原边的信号并不是真实的输出电压或者输出电流，而是一个误差性或是一个得到补偿的误差信号。原边控制，可以从原边及时的检测到它的输出电压以及输出电流。输出电压和输出电流已经及时的存在于数字单元里面，在每一个开关周期内，都可以及时的获得输出电压到底是多少，所要控制的输出电流在的状态，甚至它的输出功率是什么状态，所以反应就能在下一个周期里体现出来。这是与传统方案相比它可以达到的一个及时的，高性能的动态功能。

Q9：什么是实时波形分析？

A9：谈到实施波形分析，不可避免的要谈到原边控制。原边控制跟副边控制本质上的区别是如果采用传统的副边控制来检测副边的输出电压和输出电流，必然是已经通过整流、滤波以后的输出电压，它是一个非常稳定的DC电压，并不是交流电压。因为电压非常稳定，所以任何时候读取都可以，也就是说在开关周期的任何一点去读取这个电压都不会相差非常大。变压器本身是一个交流能量传递的器件，直流的信号没有办法穿过变压器的传递副边。在原边来检测的话，检测到的必然是一个交流的信号，从设计的方面来看，采集的信号从变压器的绕组来采集这样一个反馈的信号。变压器反馈的这个绕组的信号它反映的是输出电压，但是它并不等于输出电压，而且它是一个交流信号。那么到底在一个什么地方应该采这样一个电压？随着不同的功率变化，不同的输出变化，到底是恒压控制还是恒流控制，在各种状态下，到底怎样取得这么一个最准确的采集点，这就是iwatt公司最具优势的，也就是我们申请专利的一个非常好的数字技术。我们通过原边来控制这么一个数字技术就可以达到非常精确的恒压和恒流的控制。所谓的实时控制，就是说在每一个周期，都对变压器上的波形每一点都进行分析，通过对交流波形的实时分析，我们要不停的寻找一个最佳的点去采集这个电压。同时，通过实时的分析就知道系统工作开通到底在多少时间，关断到底在多少时间，还有变压器的磁恢复到底是多少时间，这些都是每个周期动态的实现。一个更重要的方面，因为所有的变压器都会有非常大的噪音的，没有那么平滑，那么利用数字技术实现了动态的滤波，根据系统它的噪音到底应该是多大，怎样把这些噪音滤掉，怎么样会把原始的准确的输出电压、输出电流还原出来，这就是我们所做的一个实时的波形分析。

Q10：电压检测端的电容对该芯片有没有电气影响？

A10：假设电压检测端的电容是一个电压检测点。有两个部分，一是在初级的Vin的部分，一个小滤波电容。滤波电容是用来滤掉一些杂质，电容的存在是需要的。目前的数值是470pF~nF之间。还有一个电容是在Vsense脚，电容是几十皮法来做的，也是用来滤掉那些杂质。

Q11：初级控制架构是否对变压器的结构及绕制工艺有很高的要求？

A11：不会。首先，恒压部分检测到的电压点并不会受初级漏感所影响，电路里面，芯片内部有一个缘回电路会读取检测到电压后缘点，前面的漏感电压将会被排斥掉。恒流时，是以工作的waste time来计算，从而计算它的CC恒流的位置。恒流的位置也受初级的检测电阻控制，所以变压器的电感值或漏感值并不会影响到它CB时候的精确值或者是CC电流的恒定值。

Q12：使用数字控制器对于变压器的设计是否有什么特殊注意事项？如果系统因为瞬态外部条件变化而进入连续工作模式，系统会出现什么情况？

A12：从数字控制器本身来讲，对变压器没什么要求。对初级控制来讲，检测点是当变压器复位之后去检测这，从理论上讲，对变压器的整个要求不是很高。第二，这个理论的成立是在非连续状态下工作，也就是说，出现任何一种情况，它都不会进入连续模式，如果进入连续模式就是不正常的，系统会进入保护状态而关闭。

Q13：数字处理要消耗一定的时间,会对性能造成影响吗 如何解决

A13：数字处理确实要消耗一定的时间，但是这个时间并不是一个绝对的时间。我们知道数字处理最重要的是它是一个时钟，那么它时钟是多少？因为我们数字处理的时间并不是说我做一个计算，做一个加法、做一个除法，它到底是一个微妙、一个纳秒，我们并不是绝对的讲这个时间，我们所讲的是它需要几个数字时钟。在设计芯片的时候，数字时钟它所设计的速度是允许我们在最快的工作频率下完成所有的计算，在每一个周期里面都能完成的信息处理，然后控制下一个周期的工作。

Q14：芯片是怎样进行输出电流检测的？

A14：输出电流检测并不在输出检测或者副边检测，而是在初级部分的原边检测。是由晶片根据它所看到的初级Bias-Winding的电压波形做分析，然后记下时间，得出适当的P导链的通导时间，从而控制能量的要求。