數字電源的特點與發展現狀

隨著半導體工藝技術的不斷升級，電路板上的元器件運行速度更快、體積更小，而且還要求更多、更低的供電電壓和更大的供電電流；最終系統的功能不斷增加，平均售價卻不斷下降。此外，用戶對電源|穩壓器的故障修復時間、電源運行狀態的感知與控制的要求越來越高，電源設計人員不再滿足于實時監控電流、電壓、溫度， 還提出了診斷電源供應情況、靈活設定每個輸出電壓參數的要求。這些需求已是今日的模擬解決方案難以滿足的。因此，作為電源管理發展的新思路的數字電源應運而生，其目標就是將電源轉換與電源管理架構用數字方法集成到單芯片中，實現智能、高效的轉換與控制及通信。 

數字電源是采用數字方式實現電源的控制、保護回路與通信接口的新型電源技術。可編程、響應性和數字環路控制是表征數字電源的3個主要特征。

隨著電源系統的性能和功率的不斷提高，實現電源性能指標所必需的元件數量和成本也隨之增加，越來越多的控制需要通過具有成本效益的數字電路實現。一般認為，在設計DC/DC變換器時，通常100W以上的系統中會應用數字控制技術；而在設計AC/DC變換器時，250W以上的系統會應用數字技術，這樣電源的經濟性會更高一些。因此，在未來的電源系統中，模擬與數字技術將共存相當一段時間。30年前，電源行業轉向開關電源是一個很大的變化，而電源數字化趨勢將會是一個更大的變化。

模擬電源的優勢與不足

目前，除了一些專門用于微處理器的轉換器之外，市場上大多數磚形轉換器、中間總線轉換器及負載點POL轉換器仍采用模擬控制。這是因為許多模擬電源系統經過了多年的檢驗，可靠性還是很高的。

可盡管模擬電源解決方案的成本、性能（如負載變化時的電源響應時間）、占板面積等指標都優于當前的數字電源解決方案，但對開發人員來說，它完全是一種固定模式的黑盒應用，抑制了開發人員發揮創造力的激情。對電源進行同步跟蹤、電壓排序、故障診斷及適應環境變化的能力還是比較差的。

目前，許多高性能的DC/DC轉換器仍通過簡單的無源器件產生的模擬信號進行設置和控制。即使是具有最先進拓撲結構的高性能轉換器，也還需要使用外部電阻、電容來確定諸如啟動時間、輸出點值及開關頻率等參數。這些電阻、電容的值都是設計調試時確定的，制造完成后不可輕易更改，因此自適應的電 源管理方案也就不可能實現。而且，為實現更多功能，就要設計更多的直接反饋電路，所以模擬控制環路會變得非常復雜。

傳統的模擬控制架構已經使用多年，但仍有不少缺陷。舉例來說，模擬控制電路因為使用許多元器件而需要很大空間，這些元器件本身的值還會隨使 用時間、溫度和其他環境條件的變化而變動，從而對系統穩定性和響應能力造成負面影響。模擬控制的控制-響應特性是由分立元器件的值決定的，它總是面向一個范圍狹窄的特定負載，因此無法為所有電壓值或負載點提供最優化的控制響應。換句話說，如果你需要一個可以在很多產品中重復使用而不必更換部件的設計平臺， 則模擬方案難以勝任。除此之外，模擬系統的測試和維修都非常困難。

數字電源的優勢與不足

數字電源正是為了克服現代電源的復雜性而提出的，它實現了數字和模擬技術的融合，提供了很強的適應性與靈活性，具備直接監視、處理并適應系統條件的能力，能夠滿足幾乎任何電源要求。數字電源還可通過遠程診斷以確保持續的系統可靠性，實現故障管理、過電壓（流）保護、自動冗余等功能。由于數字 電源的集成度很高，系統的復雜性并不隨功能的增加而增加過多，外圍器件很少（數字電源的快速響應能力還可以降低對輸出濾波電容的要求），減少了占板面積， 簡化了設計制造流程。同時，數字電源的自動診斷、調節的能力使調試和維護工作變得輕松。

數字電源管理芯片易于在多相以及同步信號下進行多相式并聯應用，可擴展性與重復性優秀，輕松實現負載均流，減少EMI，并簡化濾波電路設計。數字控制的靈活性能把電源組合成串聯或并聯模型，形成虛擬電源。而且，數字電源的智能化可保證在各種輸入電壓和負載點上都具有最優的功率轉換效率。

相對模擬控制技術，數字技術的獨特優勢還包括在線可編程能力、更先進的控制算法、更好的效率優化、更高的操作精確度和可靠性、優秀的系統管 理和互聯功能。數字電源不存在模擬電源中常見的誤差、老化（包括模擬器件的精度）、溫度影響、漂移、補償等問題，無須調諧、可靠性好，可以獲得一致、穩定的控制參數。數字電源的運算特性使它更易于實現非線性控制（可改善電源的瞬態響應能力）和多環路控制等高級控制算法；更新固件即可實現新的拓撲結構和控制算法，更改電源參數也無須變更板卡上的元器件。

數字控制還能讓硬件平臺重復使用，通過設計不同固件即可滿足各種最終系統的獨特要求，從而加快產品上市，減少開發成本、元器件庫存與風險。