高效的PFC 控制器，包含功率测试功能方案

实时能耗测量，包括离线电源的输入有功功率、输入 RMS 电压和输入 RMS 电流测量，变得越来越重要。这些测量可用于调整电力输送和优化能源使用。传统上，输入功率和电流是由专用的功率计量芯片测量的，但是这会增加额外的成本和设计工作。

对于模拟控制电源，如果需要进行功率计量，则使用专用仪表 IC 是唯一的选择。但是，对于数字电源控制器，由于它已经具有模数转换器(ADC) 和 CPU，因此它也可以用于输入功率和电流测量。在数字功率控制器中实现功率计量功能似乎很简单，但有几个含义使其真正具有挑战性。

首先，数字控制器主要是功率控制器;它的主要目标是控制电源。控制器的任何额外功能都不应降低电源性能，例如功率因数 (PF)、总谐波失真 (THD) 等。因此，需要仔细组织固件，以便仅将空闲 CPU 时间用于供电计量功能。

其次，数字控制器 针对电源控制进行了优化，而不是针对电能计量目的进行了优化。例如，专用仪表 IC 可能具有高达 22 位的 ADC，而市场上的大多数数字电源控制器只有 10 或 12 位的 ADC。如何使用不太好的 ADC 来实现相同的测量精度具有挑战性。

最后，电能计量精度要求非常严格。例如，输入有功功率测量需要精确到 1%。在数字控制器中实现电能计量功能可能没有那么困难，但要满足精度要求却非常困难。需要采取特殊措施，如同时测量电压和电流，EMI滤波器无功电流补偿等。

不要害怕这些挑战，虽然很困难，但绝对是可行的。TI 已成功开发出基于数字电源控制器UCD3138的低成本但精确的电能计量解决方案，它具有以下特点：

· 使用现有的PFC控制器芯片和硬件，省去传统的专用功率计IC和额外的感应电路。

· 达到 1% 的测量精度，业界最佳

· 简单的两点校准，可量产;校准源可以是交流或直流源。

· 由于优化的数学计算和较小的 CPU 使用率，对正常的 PFC 控制没有影响

· 降低具有功率计功能的离线电源的成本和设计工作

对于需要输入功率测量的 PFC 应用，使用数字 PFC 控制器并在控制器中实现功率计功能是降低成本的有效方法。现在它不仅是一个电源，它还是一个功率计。这将使我们的电源在我们的竞争对手中处于领先地位。

UCD3138系列是德克萨斯仪器公司生产的一款数字电源控制器，在单芯片解决方案中提供了卓越的集成度和性能。与德克萨斯仪器公司的UCD3138x数字电源控制器相比，UCD3138x在UCD3138A64(UCD3138128中为128 kB)中提供64 kB的程序闪存，以及其他通信选项，如SPI和第二个I2C端口。多个32 kB存储组中的程序闪存的可用性使设计者能够在设备中实现固件的双映像(例如，一个主映像+一个备份映像)，并提供使用适当算法从任一存储组执行的选项。它还为处理器创造了一个独特的机会，可以加载一个新程序，然后在不中断电源传输的情况下执行该程序。此功能允许最终用户向现场电源添加新功能，同时消除加载新程序所需的任何停机时间。

UCD3138系列的灵活性使其适用于各种功率转换应用。此外，设备内部的多个外围设备经过了专门优化，以提高AC/DC和隔离DC/DC应用程序的性能，并减少IT和网络基础设施领域的解决方案组件数量。UCD3138系列是一个完全可编程的解决方案，为客户提供对其应用程序的完全控制，以及充分区分其解决方案的能力。同时，TI致力于通过提供一流的开发工具简化客户的开发工作，包括应用程序固件、Code Composer Studio™ 软件开发环境和TI的Fusion Power开发GUI，使客户能够配置和监控关键系统参数。

控制器的核心是数字电源外围设备(DPP)。每个DPP都实现了一个高速数字控制回路，由一个专用的误差模数转换器(EADC)、一个基于PID的2极2零数字补偿器和脉宽分辨率为250ps的DPWM输出组成。该设备还包含一个12位、267 ksps的通用ADC，最多有15个通道、定时器、中断控制、PMBus、I2C、SPI和UART通信端口。该设备基于32位ARM7TDMI-S RISC微控制器，可执行实时监控、配置外围设备和管理通信。ARM微控制器通过可编程闪存以及片内RAM和ROM执行其程序。

除DPP外，还添加了特定的电源管理外围设备，以实现整个工作范围内的高效率、提高功率密度的高集成度、可靠性、最低的总体系统成本和高灵活性，并支持最广泛的控制方案和拓扑。这些外围设备包括：轻负载突发模式、同步整流、LLC和移相全桥模式切换、输入电压前馈、铜跟踪电流检测、理想二极管仿真、恒流恒功率控制、同步整流软开关、峰值电流模式控制、磁通平衡、二次侧输入电压检测、，高分辨率均流，硬件可配置预偏置软启动，以及其他一些功能。拓扑支持已针对电压模式和峰值电流模式控制的移相全桥、单相和两相PFC、无桥PFC、硬开关全桥和半桥、有源箝位正激变换器、双开关正激变换器和LLC半桥和全桥进行了优化。