數字控制在電源應用中的特點

傳統開關電源(Switch Mode Power Supply,SMPS)控制通常使用純模擬技術。低成本和高性能數字信號控制器(Digital Signal Controller, DSC)的出現開啟了開關電源控制的全新境界，并且標志著電源產業正朝著數字革命的方向發展。

本文強調當前是電源應用采用數字技術、實現數字電源的最佳時機。Microchip 提供的AC-DC 參考設計就是展示數字控制技術優點的極佳實例。

本問通過在以下幾個方面將數字電源與模擬電源進行定量比較以指出數字電源的優勢所在：

比較模擬電源與數字電源的物料成本

控制先進拓撲結構的能力和數字控制的靈活性

在同樣成本條件下，數字電源實現的附加價值數字電源節省成本。

圖1 為兩級模擬AC-DC 電源的高階原理框圖。

圖 1: 兩級模擬AC-DC 電源

圖2 顯示了數字AC-DC 電源的高階框圖。

圖 2: 數字AC-DC 電源

模擬電源的主要組成包括：

功率鏈：半導體開關、電感、電容和功率變壓器

驅動電路：柵極驅動以及支持電路

反饋電路：傳感器、放大器和電阻網絡

控制器：每個功率級專用控制器

后臺管理電路：用于順序控制、監控和通信的專用單片機以及支持電路

為便于比較，考慮選擇一個兩級式電源。前端轉換器采用升壓功率因數校正(Power Factor Correction,PFC)電路，而第二級是DC-DC 相移式全橋轉換器。

模擬電源與數字電源的功率鏈部分、驅動電路和反饋電路保持一致。圖2 分別展示了上述例子中所描述的數字電源。對于數字控制電源，專用模擬控制器和后臺管理電路可合并采用一片dsPIC®DSC 來實現。

圖1和圖2僅從較高層次展示了兩者的主要差別;然而，在進行對比時所有支持電路也需包括在內。圖3 所示為每個模擬級中的支持電路，而圖4 則為數字系統中的支持電路。注意模擬控制器所需要的額外連接(在圖3 和圖4 中用箭頭標出)。

圖 3: 模擬級電路

圖 4: 數字級電路

除了主要的組件，還需將支持電路成本、布線復雜程度、以及模擬數字電源PCB 板尺寸這些因素考慮在內。

表1 將300W 模擬電源與數字電源的物料清單進行了比較，著重說明了前面所述的差別。比較中所用到的價位是直接從廠家的網站上獲得的。

表 1： 300W 模擬與數字電源物料價格比較

表1 中所列出的物料清單比較清楚地說明了數字電源與模擬電源方案相比所節約的成本。

有些人可能會認為數字電源需要使用專用的MOSFET柵極驅動器，而模擬解決方案則可提供片上柵極驅動器。不過，這一點僅適用于低功率模擬設計，對于大多數高功率模擬設計來說，仍然需要使用外部柵極驅動器。

無論在PFC 級中使用或者未使用外部MOSFET 柵極驅動器，表1 中列出了不同模擬電源的所有BOM 成本。

顯而易見，數字電源在總BOM成本方面具有顯著優勢。