什么是数字电源

笔者做了几年的数字电源软件工作，主要从事直流电源设计，对数字电源软件有一定的认识和理解，也深知数字电源的灵活性。实际在电源行业中，数字电源相关的软件技术主要掌握在少数大公司中，例如艾默生、华为、雅达等，不少小公司由于资源的限制并没有搞明白数字电源该如何设计，鉴于此笔者希望能将自己所掌握的有限的数字电源技术分享出来，希望能促进电源行业的发展，笔者能力有限，仅抛砖引玉，同时也希望在此过程中与电源行业的兄弟们共同进步。

一、什么是数字电源

目前，数字电源有多种定义。

● 定义一：通过数字接口控制的开关电源（它强调的是数字电源的“通信”功能）。

● 定义二：具有数字控制功能的开关电源（它强调的是数字电源的“数控”功能）。

● 定义三：具有数字监测功能的开关电源启数咐（它强调的是数字电源对温度等参数的“监测”功能）。

上述三种定义的共同特点是“模拟开关电源→改造升级”，所强调的是“电源控制”，其控制对象主要是开关电源的外特性

● 定义四：以数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）为核心，将数字电源驱动器、PWM控制器等作为控制对象，能实现控制、管理和监测功能的电源产品。它是通过设定开关电源的内部参数来改变其外特性，并在“电源控制”的基础上增加了“电源管理”。所谓电源管理是指将电源有效地分配给系统的不同组件，最大限度地降低损耗。数字电源的管理（如电源排序）必须全部采用数字技术。

● TI公司定义：数字电源IC是数字控制的电源管理IC，它能提供配置、监视和监控功能，并能扩展到全回路控制。

目前，所谓的数字电源正是定义四所描述的，即通过一颗通用的数字信号控制毕仿器，完成传统模拟电源控制IC所具备的PWM、保护、环路补偿等功能，同时具备通信(I2C/CAN/串口等)监控功能。

很明显数字电源的数字信号控制器取代了模拟电源的控制芯片、环路补偿的运放及相关的阻容器件，软件处理的灵活性是传统模拟电源远不能比的，各种保护、非线性处理等，软件都可以来做，硬件电路剩下注功率电路、磁性器件、驱动电路、采样电路。

在实际做产品的时候，前期的硬件电路调测是比较快的，到了后面主要就是软硬件一起来调控制，所以数字电源的设计及调测是硬件软件协同完成的，软件要对硬件有一定的理解，同时硬件也要对软件有一定的理解，这样软硬件才能更好的对话，以便理解彼此并能识别出技术方面的问题。

软件人员在数字电源的项目中是一个非常重要的角色，可以说软件工作的进度和质量直接决定了一个电源项目的进度和质量，需要有专门的软件经理对软件工作全程监控，或者由软件人员兼职软件经理的角色，除了技术方面的工作，还需要有清晰的软件工作计划和软件版本管理，尤其是软件版本管理，要避免软件版本问题而导致大量的重复工作，笔者之前的同事中就有一些技术做的可以，但一旦做项目，软件工作就跟项目匹配不上，软件版本管理混乱导致问题不断反复，被项目组深深诟病。所以数字电源的软件人员要有良好的自我管理能力，同时这也对项目经理提出了更高的要求，因为项目经理一般也不懂软件，对于项目经理而言，所有的未知都是风险，那作为项目经理该如何来管理电悄纯源软件的风险呢？这对项目经理尤其是没有带过数字电源项目的项目经理而言是一个挑战。

数字信号控制器的分类

主要分为两类：

1、通用数字信号控制器，即是一个运算能力较强的MCU，比如Ti的TMS320F2802x/03x系列，Microchip的dispic系列，freescal的DSP，freescal被收购后叫NXP，又推出了一些新的系列，Kinetis的针对数字电源的和电机控制的芯片，与之前freecal的DSP相比而言，外设一样，内核变为arm内核，st也有一些数字电源的通用控制器。业界用的多的是ti、microchip、freescal。 freescal的Kinetis芯片比Ti当前的2802x/03x，主频高功耗小，性能优异，但他们不怎么会推广，知道的人比较少。

2、专用数字电源控制芯片，比如Ti的UCD系列，这个芯片是把环路固定在芯片内部由硬件实现环路，arm-cortex-M3内核，环路的参数可以更改，但环路的结构没法改，环路的数量也有限，相对于通用的DSP，缺点是不灵活，优点是环路控制频率可以做的很快，环路带宽可以做高，通用的DSP的环路是软件实现的，由于采样及控制频率的限制，环路带宽做不了太高；

也有一些其他公司的专用芯片，只能修改环路参数的，了解不是太多，就不多说了。

综上，目前业界公司用的较多的还是Ti的dsp，然后是micriochip和freescal的。

#include//单总线的运用.DS18B20数字温度传感器(在I/袭弊猛O口上进行总线 *** 作时，读取数据要用或运算，发送数据要用与运算)#defineucharunsignedchar//宏定义#defineuintunsignedint///这几个宏定义为了DQ是要读和写程序所以直接宏定义可以简化设置输入输出状态#defineDQRC1//宏定义DQ等同于RC1这个端口#defineDQ_HIGH()TRISC1=1//宏定义DQ高电平时设为输入状态(即DQ_HIGH()字符串等同于TRISC1=1)#defineDQ_LOW()TRISC1=0DQ=0//宏定义DQ低电平时设为输出状态且RC1端口拉低电平(即DQ_LOW()字符串等同于TRISC1=0且RC1=0)uinttemper//先定义一个要显示温度的变量uchara1,a2,a3,a4//定义数码管显示的4个变量，我们只取小数前两位和后两位__CONFIG(0x3b31)//设置配置位constuchartable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,//注意code是用在51单片机中的程序储存器中，const是一个常量,pic和51的单片机也可以共用的常量,但要写在前头0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x20}//数码管数字表从0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b,c,d,e,f,无显示constuchartable1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,//带小数点的0,1,2,3,4,5,6,7,8,90xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}voiddelayus(uint,uchar)//微秒的延时声明voiddelay(uintx)//毫秒的延时声明voidinit()voiddisp(ucharnum1,ucharnum2,ucharnum3,ucharnum4)voidreset()voidwrite_byte(uchardate)ucharread_byte()voidget_tem()voidmain(){init()//调用初始化while(1)//因为要不断地循环扫描键盘检测是否按下所以要进行死循环{//NOP()//单片机的空指令可以当作1us延时使用，不用声明,但一定要大写//delayus(0,0)//20us可用软件调试仿真的Stopwatch可得20us,30us,45us,70us,500us,750us//delayus(1,1)//30us//delayus(2,2)//45us//delayus(4,4)//70us//delayus(70,30)//750us//delayus(50,10)//500usget_tem()//调用获取DS18B20温度程序//for(num=20num>0num--)//隔20us变更一次/卜纯/disp(a1,a2,a3,a4)//同时调用数码管}}voidreset()//DS18B20的初始化工作时序而不是单片机的{ucharst=1//在初始化中要读DS18B20返回的低电平，所以要先定义一个变量st,且等于1DQ_HIGH()//上面已定义了等同于TRISC1=1即设置RC1为输入状态,又因为原理图上有上拉电阻，所以为高电平NOP()NOP()//延时2uswhile(st)//循环st=0为假说明DS18B20已经返回0响应了确定存在，退出拍桥while{DQ_LOW()//上面已定义了等同于TRISC1=0,RC1=0即设置RC1为输出状态,且输出低电平delayus(70,30)//延时750usDQ_HIGH()//拉到高电平delayus(4,4)//延时40usif(DQ==1)//进行判断如果等于1,则at=1,DS18B20没有返回低电平未有响应st=1//等于1则要超过或循环while语句重新发送给DS18B20响应，不可能一次就确定18b20的存在elsest=0//循环直到st=0为假说明DS18B20已经返回0响应了delayus(50,10)//因为已经有返回响应,确定DS18B20的存在，所以要延时500us再退出while}DQ_HIGH()//重新拉高，也叫释放总线}voidwrite_byte(uchardate)//DS18B20的写工作时序,里面的date是单片机要发送的数据{uchari,temp//定义一个for循环的变量和发送数据中的一个位的变量DQ_HIGH()//先置高电平NOP()NOP()//延时2usfor(i=8i>0i--)//因为发送一个数据有8位{temp=date&0x01//和00000001与,无论date是什么数与之后只有最低位是有效的,temp得到的其实是date的最低的一位DQ_LOW()//置低电平delayus(0,0)//延时20usif(temp==1)//说明date的最低位是1,用if,else语句把数据从最低位到高一位一位的发送DQ_HIGH()//因为temp=1表示数据线要置高电平elseDQ_LOW()//表示temp=0数据线要置低电平delayus(2,2)//延时45usDQ_HIGH()//重新拉高，也叫释放总线date=date>>1//发送完一位后需要把date右移一位才能进行循环,如原来是01010101,右移1位后得到00101010,最低位被移走即发送}}ucharread_byte()//DS18B20的读工作时序，因为是读所以是一个带返回值的函数，括号里面不用写变量，因为单片机只是读取而不发送任何东西{uchari,date//再定义一个for循环的变量i和接收数据的变量datestaticbitj//定义一个状态位,j是一个位的变量for(i=8i>0i--)//因为接收一个数据有8位{date=date>>1//先将数据右移一位其实这里只移动7位,加上或运算移动一位就共8位DQ_HIGH()//先要确定数据线拉高NOP()NOP()//延时2usDQ_LOW()//将数据线拉低NOP()NOP()NOP()NOP()NOP()NOP()//延时6usDQ_HIGH()//拉高NOP()NOP()NOP()NOP()//延时4usj=DQ//把RC1数据线的状态附给状态位j,这样读取到的数据线高低电平就是j的变化if(j==1)//如果等于1,则说明是高电平,等于0时不需要或运算，因为或运算相当于右移，最高位自动补0date=date|0x80//只有读回来的数是1时才和10000000或运算,因为第一个读回来的是最低位，如果第二个又读回到要放在倒数第二位会不好放，所以要将最低位或运算放在最高位,这里已经移动过一次了//如date是1或运算后得10000000，而这里只读取一次，循环后可得第二个11000000如果是0则直接填10000000delayus(1,1)//延时30us}return(date)//把接收到的数据返回去经单片机}voidget_tem()//获取温度指令将数据化为温度给数码管显示的函数{uchartemp1,temp2,num//因为同时一次从低到高读两个字节,定义两个字节的变量，是下面的指令的变量floataaa//定义一个浮点数等于aaa的变量,提高精确度reset()//调用DS18B20初始化相当复位write_byte(0xcc)//ccH,因为只接了一个不需要配对,跳过了匹配的ROM指令write_byte(0x44)//发送温度转换指令44Hfor(num=100num>0num--)//隔100次,数码管闪一次disp(a1,a2,a3,a4)//同时调用数码管reset()//重新复位write_byte(0xcc)//ccH,因为只接了一个不需要配对,跳过了匹配的ROM指令write_byte(0xbe)//BEH是指接下来我要读你的指令temp1=read_byte()temp2=read_byte()//因为同时一次从低到高读两个字节//temper=(temp2*256+temp1)*0.0625*100//将温度转换成十六位温度数据，转换成十进制还需要乘以0.0625,因为我们只显示4个数码管，后两个是小数，不好提取就乘以100变成整数再提取aaa=(temp2*256+temp1)*0.0625*100//因为前面定义temper是一个整形的变量，乘出来的会是取整数精确度不高,附给用浮点数float表示的aaa就可以乘出小数部分temper=(int)aaa//再将aaa强制转换给整形temper，这时的整形temper就可以是带小数的了，注意书写格式//这里面是强制转换的指令a1=temper/1000//因上一条程序已化为4位整数,提取对最高位千位求模a2=temper%1000/100//提取对百位求模a3=temper%100/10//提取对十位求模a4=temper%10//提取对个位求佘}voiddelayus(uintx,uchary)//定义一个整形一个字符形变量表示微秒{uintiucharjfor(i=xi>0i--)for(j=yj>0j--)}voiddelay(uintx)//延迟函数x表示毫秒{uinta,bfor(a=xa>0a--)for(b=110b>0b--)//嵌套}voidinit(){TRISD=0//因为RD接的是数码管设置全为输出状态TRISA=0//设置数码管的位选为全输出状态PORTD=0//设置输出先全部关闭PORTA=0//在初始化时数码管不能显示}voiddisp(ucharnum1,ucharnum2,ucharnum3,ucharnum4)//数码管的扫描函数,要在里面有4个变量，每一个为一个数码管显示的数{PORTD=table[num1]//调用数码管的显示函数（注第一个是显示0）这是从左到右第一个数码管要显示的段选PORTA=0x20//00100000由原理图可得第一个数码管是由RA5控制位选的delay(10)//因为是要动态，所以要加延时，但时间不能太长PORTD=table1[num2]//调用数码管的显示函数（注第一个是显示0）这是第二个数码管要显示的段选,显示的小带小数点的PORTA=0x10//00010000由原理图可得第二个数码管是由RA4控制位选的delay(10)//因为是要动态，所以要加延时，但时间不能太长PORTD=table[num3]//调用数码管的显示函数（注第一个是显示0）这是第三个数码管要显示的段选PORTA=0x08//00001000由原理图可得第三个数码管是由RA3控制位选的delay(10)//因为是要动态，所以要加延时，但时间不能太长PORTD=table[num4]//调用数码管的显示函数（注第一个是显示0）这是第四个数码管要显示的段选PORTA=0x04//00000100由原理图可得第四个数码管是由RA2控制位选的delay(10)//因为是要动态，所以要加延时，但时间不能太长}

---