在数字控制电源中高效调节动态电压的案例

现实生活中有许多应用的动态变化电压也是有利的。例如控制直流电机、操作执行器，或驱动 Peltier 元件进行温度调节。动态电压调节是指动态调节生成的电压，对于许多应用，这种调节非常有帮助，甚至是必要的。特别是在数字控制电源中，DVS 很常见，也很容易实现。
稳压器一般用于生成恒定的输出电压。利用控制环路，可通过未经调节的输入电压生成稳定、精准的输出电压。动态电压调节(DVS)有什么作用?
动态电压调节意味着可以在运行期间调节电源的输出电压。进行此类调节有多种原因。
在轻载运行条件下，提高 PFC 级的转换效率
用于功率补偿的功率因数校正(PFC)级，可将电网电压的交流电压提升至直流中间电路电压。在 240 V 交流系统中，这种中间电路电压一般为 380 V，如图 1 所示。ADP1047 PFC 控制器可以使用 DVS，在不影响设定的 380 V 电压的情况下独立降低输出电压负载，例如，降低至 360 V。在采用部分负载运行期间，此举可以提高电源的转换效率。
微控制器在各种工作状态下高效运行
另一个 DVS 使用示例如图 2 所示。在此示例中，ADP2147 降压型开关稳压器为数字信号处理器(DSP)供电。在许多应用中，都可以使用微控制器、DSP 或 FPGA 来提高系统效率，方法是：在处理器处于待机模式时降低内核电压。在 VDD_INT 电压(内核电压)降低(例如，在 DSP 在低负载状态下运行时，从 1.2 V 降低至 1.0 V)时，多种 DSP，包括 ADI 提供的 ADSP-BF527 都可以更高效地运行。处理器的功耗在很大程度上与其时钟频率和工作电压的平方成比例。将 ADSP-BF527 的电源电压降低 25%，动态功耗会降低超过 40%。ADI 的许多 DSP 都具有类似特性。
改善负载瞬态后的恢复速度
如之前的两个示例所示，使用 DVS 的常见原因是提高效率或降低损耗。但是，也存在其他一些有趣的应用。许多系统都要求采用经过精准调节的电源电压。对于图 3 所示的电压范围，可以使用 1.2 V 内核电压。该电压可以为 1.2 V ± 10%。在这个示例中，在静态负载下和负载动态变化时都要保持电压不变。如果将反馈控制设置在允许范围的中间，一半范围适用于静态误差源，也适用于负载瞬态之后的动态电压变化。有一个小技巧，即在低负载时稍微提高输出电压，在高负载时稍微降低输出电压。在高负载情况下，有时会采用更低负载，此时一般出现小幅度电压过冲。可以通过稍微降低高负载的设定点电压，将这种电压过冲保持在允许范围内，如图 3 所示。左侧为高负载，右侧为低负载。
相反的情况自然也适用。当负载较低时，它在某个时间点会上升。可能动态出现电压过冲。在低负载下，电压稍微升高，因此仍保持在允许范围内。对于这种特性，通常称之为电压自动定位。