數字電源技術及應用

近年來，數字控制技術在電源中得到迅速的發展，各種在模擬電路中難以實現的現代控制方法開始應用于電源的控制中。隨著數字信號處理器DSP的發展，使數字式的開關電源能達到較高的開關頻率。相對模擬系統而言，數字系統在開關電源中具有設計周期短、靈活多變、易實現模塊化管理、能夠消除由離散元件引起的不穩定和電磁干擾等優點。因此，數字電源在高精度電源中的應用越來越廣泛，成為現代電源技術發展的一個重要方向。

一、數字電源的定義和特點

(一)數字電源的定義

目前，數字電源有多種定義。

定義一：通過數字接口控制的開關電源(它強調的是數字電源的“通信”功能)。

定義二：具有數字控制功能的開關電源(它強調的是數字電源的“數控”功能)。

定義三：具有數字監測功能的開關電源(它強調的是數字電源對溫度等參數的“監測”功能)。

上述三種定義的共同特點是“模擬開關電源的改造升級”，所強調的是“電源控制”，其控制對象主要是開關電源的外特性。

定義四：以數字信號處理器(DSP)或微控制器(MCU)為核心，將數字電源驅動器、PWM控制器等作為控制對象，能實現控制、管理和監測功能的電源產品。它是通過設定開關電源的內部參數來改變其外在特性，并在“電源控制”的基礎上增加了“電源管理”。所謂電源管理是指將電源有效地分配給系統的不同組件，最大限度地降低損耗。數字電源的管理(如電源排序)必須全部采用數字技術。

與傳統的模擬電源相比，數字電源的主要區別是控制與通信部分。在簡單易用、參數變更要求不多的應用場合，模擬電源產品更具優勢，因為其應用的針對性可以通過硬件固化來實現，而在可控因素較多、實時反應速度更快、需要多個模擬系統電源管理的、復雜的高性能系統應用中，數字電源則具有優勢。

此外，在復雜的多系統業務中，相對模擬電源，數字電源是通過軟件編程來實現多方面的應用，其具備的可擴展性與重復使用性使用戶可以方便更改工作參數，優化電源系統。通過實時過電流保護與管理，它還可以減少外圍器件的數量。

數字電源有用DSP控制的，還有用MCU控制的。相對來講，DSP控制的電源采用數字濾波方式，較MCU控制的電源更能滿足復雜的電源需求，而且實時反應速度更快、電源穩壓性能更好。

(二)數字電源的特點

1.控制智能化

它是以數字信號處理器(DSP)或微控制器(MCU)為核心，將數字電源驅動器及PWM控制器作為控制對象而構成的智能化開關電源系統。傳統的由微控制器控制的開關電源，一般只是控制電源的啟動和關斷，并非真正意義的數字電源。

2.數模組件組合優化

采用“整合數字電源”(Fusion Digital Power)技術，實現了開關電源中模擬組件與數字組件的優化組合。例如，功率級所用的模擬組件MOSFET驅動器，可以很方便地與數字電源控制器相連并實現各種保護及偏置電源管理，而PWM控制器也屬于數控模擬芯片。

3.集成度高

實現了電源系統單片集成化(Power System on Chip)，將大量的分立式元器件整合到一個芯片或一組芯片中。

4.控制精度高

能充分發揮數字信號處理器及微控制器的優勢，使所設計的數字電源達到高技術指標。例如，其脈寬調制(PWM)分辨力可達150ps(10~12s)的水平，這是傳統開關電源所望塵莫及的。數字電源還能實現多相位控制、非線性控制、負載均流以及故障預測等功能，為研制綠色節能型開關電源提供了便利條件。

5.模塊化程度高

數字電源模塊化程度高，各模塊之間可以方便地實現有機融合，便于構成分布式數字電源系統，提高電源系統的可靠性。