开发的背景

    近年来，随着dsp等电子零件的小型化、高速化，开关电源的控制部分正在向数字化方向发展。由于数字化，使开关电源的控制部分的智能化、零件的共通化、电源的动作状态的远距离监测成为了可能。开关电源市场中，从质量、交货期等方面，标准电源正在成长壮大。然而，电源的使用方法因系统不同而有所不同，所以现有状况是：对特制电源的需求很强烈。数字化控制开关电源集标准电源和特制电源的优点于一身。

    迄今，笔者们以周围机能、输出电压控制等，信号部分的全部数字化“全数字化”为目标进行开发。全数字化控制在有几个数字化的结构中最具扩张性、灵活性，能在高水平上实现上述优点。

    这篇论文首先比较研究普遍被接受的控制器的构成，提出全数字化领域的技术性课题，并且，针对dsp的全数字化控制电源试验机，以试验数据为基础进行考察。

    关于控制部分的数字化

    2.1模拟和数字化

    在数字化来临之前，世界处于模拟时代。当时多数市场都是业界标准、单功能，处于基本性能、质量（以电视为例，是好的画面质量和使用寿命等）的竞争时代。并且，由于在制品完成时才确定商品价值，所以顾客不会提高价格，这就是“自我(生产厂家)完结型”。这之后，随着数字化的到来，竞争的领域发生了改变。基本性能、质量是商品价值的源流，所以这个竞争还会继续，但是，由标准向特制，由单功能向多功能发生了转变，这时的商品价值就会让顾客提高价格，转变为了“顾客完结型”。拥有这个数字化的特征的典型的例子就是个人电脑。

    开关电源的本质是电力转换器，基本性能、质量的竞争以后仍将继续。但这不是唯一重要的。电源的使用方法是由顾客决定的，因系统不同而各不相同。因此，现有的状况就是：顾客有强烈的特制的要求。数字化所持有的“特制”、“多功能”、“顾客完结型”的特征正能解决这个问题。此外，还有依靠数字通信的数字化机器的融合，依靠数字化控制、信号处理的技术革新。因为应用了这些，就能期待性能、质量的提升以及超越素有的既成概念的用途范围的扩大。

    2.2控制结构的比较

    模拟控制方法适用于频率高、电力小、功能少的开关电源。然而，要完全满足顾客的要求是有难度的。因此，现在在电源系统设计过程中，在电源外部增加回路，或在一定程度上妥协于性能、质量，使其最大程度发挥作用。这种努力努力证明应用数字化技术，在电源内部应对，效率好。微型多用计算机和模拟控制的结构特征是：逻辑等的周边机能和模拟控制部分的定数调整实现软件化。然而，既然应用模拟ic，灵活性就是有限的。例如，如果要改换力部的拓扑（topology位相数学）就需要替换模拟ic，并且每次都有必要检查周边回路。与之相比，依靠dsp的全数字化控制结构中，pmw发电机能够生成任意的电流，就没有必要更换ic了。此外，全数字化容易使周围部件集成化、小型化，因此很有用。

    应答的高速性也是一个弱点，如果是开关的频率为数百千赫的电源，与模拟相比，也能有毫不逊色的反应速度。更进一步说，控制方式应用了现代控制理论，因此会有超出模拟控制的特性。

    目前，有反应、消费电量的问题，但考虑到近年来装置的迅速发展，全数字化控制方式定能成为最佳的方式。

    2.3全数字化控制的技术性课题

    控制部分的全数字化存在两大技术性问题。一是输出电压分解能的问题。其原因在于：数字pwm发电机应用了如图2所示的计算器，这种构成情况下，出现了依据计数器时钟tclk的时间刻度。图3表示输出电压分解能特性。这幅图设计了3.3伏输出电压的电源式样，一台变频器。tclk是25ns(40兆赫兹的时钟周期)。vi是输出电压。根据此图，输出电压分解能与输入电压及开关频率数有很大关系，输入电压是48伏开关频率数为40万赫兹时，△vo(pls)为96毫伏。输出电压为3.3伏的电源，就有2.9!的分解能，看出来这是很糟糕的。

    另一个问题就是输出电压应对特性。历来的模拟控制的开关电源，一个开关周期中承载波与操作量u的比值决定冲击电流。因此，pwm的更新与开关周期tswitching相连。与此相对，数字化控制的情况下，用a/d转换器得出输出电压，进行演算，更新操作量需要时间。这个时间为控制时间tcontrol。如图4所示关于用承载波的流量值更新操作量u的系统。这种情况下，图4(a)所示控制时间比开关周期短，这并不存在问题，但是，图4(b)所示如果控制时间比开关周期