白話(huà)數字電源

數字電源的概念已經(jīng)被提出多年，很多公司也已經(jīng)推出了各種數字電源產(chǎn)品，可以說(shuō)數字電源算不上是什么新生事物。然而，由于關(guān)于數字電源的宏觀(guān)、中立 性的中文文獻并不多，所以數字電源的輪廓依然并不十分清晰。多數文獻來(lái)源于數字電源生產(chǎn)廠(chǎng)商，他們當然傾向于夸大數字電源的優(yōu)勢，而且從來(lái)不忘記宣傳他們 自己的產(chǎn)品，讀者可得到的有價(jià)值信息十分有限。媒體也往往跟著(zhù)“忽悠”，多有贊譽(yù)、吹捧之辭，并喜歡引用廠(chǎng)商的官方套話(huà)，常常讓 人一頭霧水、不知所云。本人不是數字電源的“專(zhuān)家”，通過(guò)與廠(chǎng)商的接觸和閱讀一些中、英文文獻，大膽整理出這篇文章，希望能有助 于將復雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，勾勒出一幅較為清晰的數字電源畫(huà)面。

為何需要數字電源

我們知道，電子產(chǎn)品所需的電能本質(zhì)上是模擬的。從輸出的形式來(lái)看，所有的電源也都是模擬的。所謂數字電源不過(guò)是指電源內部所使用的技術(shù)，即 PWM回路采用數字技術(shù)進(jìn)行控制。那么為什么非要采用數字技術(shù)呢?據說(shuō)數字電源具有如下優(yōu)勢：所需外部元件少、可配置、成本低、效率高。從前兩項優(yōu)勢來(lái) 看，數字電源顯然適合比較復雜的高端供電系統，因此，我們認為數字電源基本沒(méi)有可能完全取代傳統的模擬電源。對于大多數應用來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單的模擬電源就足夠 了。

數字控制電路的性能和成本優(yōu)勢體現在摩爾定律上，即數字電路的尺寸每18～24個(gè)月縮小一半?？紤]新一代的集成電路制造成本比上一代高 10%～20%，數字電路的總成本每2～3年便會(huì )減少一半。相比之下，模擬電路的尺寸每4～8年才縮小30%。所以，理論上講，同樣性能的數字電源的成本 下降速度要比模擬電源快得多。如下圖所示，至2008年底，數字控制器的成本將低于模擬控制器。

圖1 數字控制器的成本下降速度低于模擬控制器

據美國Darnell集團的預測，數字電源IC的市場(chǎng)將以每年36%的復合增長(cháng)率增長(cháng)。至2011年，全球數字電源IC(包括整壓回路控制器VR、非整壓回路控制器、功率因數校正、轉換管理IC和系統管理IC)的市場(chǎng)規模將達到8億美元。

數字電源的典型應用

前文提到，數字電源最適合較為復雜的高端電源和電源系統。數據中心供電是數字電源當前的熱點(diǎn)應用領(lǐng)域。

數據中心的服務(wù)器密度依然在不斷上升。目前，一個(gè)42U機架的總功率為25kW左右，而且正朝著(zhù)40kW的方向邁進(jìn)。據說(shuō)，70%的數據中 心面臨空間、供電和冷卻的挑戰。數據中心的供電成本高昂，可以占到一些IT公司總預算的20%～25%，每個(gè)刀片服務(wù)器每年的運行成本甚至超出服務(wù)器本身 的成本。雖然數字電源技術(shù)不能解決服務(wù)器的耗電增長(cháng)問(wèn)題，但數字電源有望通過(guò)提供電高效率來(lái)緩解數據中心的供電和冷卻困境。

福布斯網(wǎng)站上刊登了一篇不太中立的文章，講述Power One公司和它的總裁Steve Goldman的數字電源成功之路。Power One曾經(jīng)把一家大型服務(wù)器公司的供電效率從89%提高到93%，這樣每三年每臺服務(wù)器將節省電費1400美元，算下來(lái)等于三年白賺一臺電源。有必要指出 的是，美國各州的電費水平相差懸殊，因為各州的能源政策各不相同。估計這家客戶(hù)位于電費昂貴的地區，比如加利福尼亞州。這個(gè)幅度的效率提升能為中國的數據 中心客戶(hù)帶來(lái)多少效益，感興趣的讀者可以自己算一下。

數字電源的普及障礙

既然能給客戶(hù)帶來(lái)那么大的好處，那么數字電源應該像野火一樣迅速普及到世界各個(gè)角落的每個(gè)機房。但實(shí)際情況并非如此;采用數字電源的數據中心依然有限。Goldman指出了妨礙數字電源推廣的三大原因(或借口)。

首先，大型系統的更新?lián)Q代周期較長(cháng)。例如，一個(gè)大型交換機需要三、五年的時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)，服役期大概又是五年。如果客戶(hù)要采用一種新技術(shù)，他就 要徹底重新設計線(xiàn)路板。如果最后發(fā)現這種技術(shù)存在問(wèn)題，客戶(hù)損失的將是整整一個(gè)產(chǎn)品周期的銷(xiāo)售額。雖然高端系統最需要數字電源，但由于客戶(hù)擔心潛在的巨大 風(fēng)險，所以往往不敢嘗試這種新技術(shù)。

其次，電源管理技術(shù)負責人通常都是模擬技術(shù)出身。電源轉換從來(lái)都是模擬的，所以這個(gè)行業(yè)的大腕只熟悉模擬電源，他們在數字電源面前完全是生手。由于人們對于自己不熟悉的東西往往采取拒絕的態(tài)度，所以數字電源容易遭到冷落。