數字技術應用于功率轉換及管理的數字控制

　　集成功率級是指同一個集成電路中單一相位的驅動器及場效應管。它比分立解決方案占用更小的空間，因此適合用于500kHz以上空間有限的應用。驅動器比較接近場效應管，所以能夠在高頻下高效率工作。只要配合一個合適的控制器，它就可以用于一至多個相位，但一般都沒有替代供貨來源。有關集成電路通常都根據特定的輸出電流范圍和占空比而作出優化，所以整個解決方案的成本往往高于分立解決方案。

　　這種器件一般都屬于全集成的多芯片模塊或MCM(把控制器、驅動器及場效應管全部裝設于同一個集成電路中)。雖然它占用的電路板空間最少，但基于封裝的熱能限制，只適用于比較低的功率水平，而且一般都沒有替代供貨來源。封裝的選擇取決于芯片面積、引腳數量和散熱需要。在大多數情況下，人們都會忽略了一個情況：原來把控制功能和功率級集成，通常都會造成未能充分善用功率級的現象，結果只能夠在控制器的最大可用溫度下操作，或由于需要強迫控制器在最大的功率級溫度下操作，而對零件的可靠性打折扣。

　　一個較低的上下熱阻封裝比較適合所有結構的需要，但是零件價格比較高。當場效應管在更低的溫度下操作，導通狀態電阻會更低，只需要一個更小巧的場效應管就能夠完成工作，或者能夠改善效率、節省能源，更勝于采用更佳封裝和加入額外散熱設計需要付出的高昂成本。另一個優點是可靠性將大大提高。

　　由于擁有通信及引腳功能分配等額外功能，所以包含了數字控制器的系統解決方案需要更少的元件和控制器零件。不論在功能組合或封裝選擇方面，數字結構都比模擬結構優勝。

　　市場分布

　　市場分布方面，消費市場占50%以上，信息技術產業則降至45%以下，余下的5%屬于政府用戶。其中消費市場中出現了大量商機。盡管高端系統開始采用數字技術 (見圖1)，但生產量和利潤率偏低使市場難以維持。實際上，消費市場中能夠有比較高的產量，仍然是由模擬產品主導，不論是在功率轉換或管理領域也是一樣。要推動數字技術，必須在高端和低端市場雙管齊下：高端市場著重完善功能及超卓性能，但以低成本為目標;低端市場以模擬技術主導的裸機為重點，但著重更低的成本以吸納市場份額。諷刺的是，最大份額屬于功率及而不是控制器。因此市場預期，假如能夠把兩者合一，就可以相得益彰，同時提高產品的邊際利潤及營業額。市場還預期大量的模擬元件會被更小量可配置的數字元件所取代。借著“整修”(增/減) 來實現更精細的結構，將可以帶來更大的優勢。

　應用

　　市場上有多種不同級別的大批量功率轉換器，按每瓦特成本由低至高依次為：直流-直流非隔離3~15W (蜂窩電話、PDA及手持式設備)、直流-直流非隔離15~250W (負載點及VRD/VRM) 嵌入式設備及模塊、高至2000W 的隔離式交流-直流，以及隔離式直流-直流機板貼裝式功率模塊 (全調整、半調整和直流-直流變壓器)。

　　低功率手持式設備主要采用模擬功率控制及數字功率管理。

　　數字功率控制及管理技術最早是用于高檔電腦及圖像處理領域 (VRM/VRD)，緊接其后的是網絡通信 (數據通信及電信) 及存儲系統。負載點 (PoL)、嵌入式設備或模塊及隔離式直流-直流模塊是網絡通信中首選的解決方案，而存儲系統則同時采用VRDs/VRM及PoL。這些應用皆采用數字硬連接或混合式邏輯結構。不同類型的交流-直流系統采用μC、DSP或DCP控制及功率管理技術，也有越來越多隔離式直流-交流反相器和隔離升壓直流-直流轉換器加以仿效。

　　不論是哪種應用，操作模式的改善都有助于提升低負載環境的運作效率。這包括相位的減少、脈沖跳行、更低柵驅動電壓和更低的開關頻率。至于在全負載的環境下，運作效率的提升則源于更低的導通狀態電阻 (更完善的場效應管) 和革命性的拓樸技術。

　　要為數字結構創優增值，創造更大利潤及提高生產量，企業必須超越“莫爾定律”。

　　挑戰

　　外來挑戰包括市場慣性的轉變，包括工程師和硬件兩方面。硬件的挑戰基于用戶量大但缺乏數字接口。另外，市場分割使營銷人員難以為產品賦予定義，并且要求所有人都采用新技術;而市場對新技術的抗拒 (例如基于高價錢及“Z系列”的專有通信總線) 或因為害怕IP訴訟而延遲采用都帶來挑戰。與此同時，操作不便的圖像用戶接口、不完整的操作指引文件，都有可能增加客戶及分銷商的操作培訓時間。另一方面，現有模擬技術的競爭相當激烈，各家廠商紛紛降價和推出新產品來爭吃市場大餅，甚至制造種種的恐懼、不確定、懷疑現象以吸引用戶。此外，購買量少和低利潤往往對新用戶造成了障礙。

　　內部挑戰之多、嚴重性之高絕對不下于外來挑戰。學習時間之長、設計上的限制，加上檢驗和確認程序的資源需求，都拖慢了產品面市的時間，甚至使產品損失市場份額?？膳渲脭底挚刂破鞯脑O計檢驗程序理論上是無窮無限的，而檢驗和確認方法及工具不足夠，也使問題進一步惡化。此外，模擬與數字工程資源更需要互相協調和配合。

　　最后，我們不應該忽略另一個重大的挑戰，那就是企業文化往往影響了采用新技術的態度和想法。“我們的產品、資源、時間和市場不足夠”這種觀念絕對不應再成為限制因素。