電源系統的數字化時(shí)代

此外，美國國家半導體的幾款電源管理芯片如LM3370、LP3957及PowerWise電源管理單元LP5550也都將適當比例的模擬及數字電路 集成一起，以幫助客戶(hù)提高產(chǎn)品價(jià)值。“內建高效能數字控制電路的高集成度模擬電源管理芯片將會(huì )被電源供應系統廣泛采用。”該公司 亞太區電源管理產(chǎn)品市場(chǎng)總監黃漢基指出。

目前大多數數字電源方案在價(jià)格方面略高于模擬方案，因而現階段數字電源被認為更適合于高端系統，而且高端系統能夠更好地利用數字電源的特性。 “不過(guò)，這種價(jià)格差距正在逐漸縮小。”Intersil公司的Miller表示，在一些需要電源管理的應用中，數字電源解決方案 的成本并不高于傳統模擬解決方案。

Zilker Labs公司的MacDonald也認為：“數字電源解決方案所需的元件遠少于模擬解決方案，它免除了對電壓邊限與監控元件、排序/跟蹤 IC 或溫度傳感器的需要。因此與全模擬解決方案相比，數字電源解決方案的體積更小、成本更低。”

高集成度和靈活性是數字電源的主要特點(diǎn)，為滿(mǎn)足復雜的電源系統需求，數字電源已經(jīng)開(kāi)始應用在移動(dòng)通信設備、白色家電、車(chē)載設備、便攜式娛樂(lè )設備等系統 中。如果方案成本能夠進(jìn)一步下降，那么對于其他消費電子領(lǐng)域，數字電源同樣具有應用潛力。“隨著(zhù)工藝的改進(jìn)和技術(shù)演進(jìn)，未來(lái)我們會(huì )把數字電源 產(chǎn)品推向消費電子領(lǐng)域。”Zilker Labs公司的MacDonald表示。

設計人員面臨數字化挑戰, 應用普及尚待時(shí)日

數字電源技術(shù)為電源設計開(kāi)辟了新的技術(shù)領(lǐng)域。軟件、工具、電源通信技術(shù)的標準化以及控制器解決方案的性?xún)r(jià)比等都將影響數字電源技術(shù)的推廣速度。具體而言，目前數字電源的應用普及還存在以下挑戰。

首先是標準化問(wèn)題。通信總線(xiàn)與接口的標準化、可編程平臺的標準化、以及內核與周邊器件協(xié)議管理的標準化是數字電源管理實(shí)現規模商用的主要挑戰之一。

其次，認為數字電源需要高端DSP才能實(shí)現的這種看法也阻礙了數字控制技術(shù)在電源領(lǐng)域的發(fā)展。“數字電源方案不僅僅適于高端和復雜的應 用，小型的微控制器，例如Microchip的PIC10F系列，價(jià)格很低并能增強(或簡(jiǎn)化)一些基礎電源的模擬設計。”Microchip 公司產(chǎn)品行銷(xiāo)經(jīng)理Duvenhage介紹。

第三個(gè)主要挑戰是軟件設計。Zilker Labs公司的MacDonald認為，數字電源技術(shù)給電源系統設計人員帶來(lái)的挑戰是需要學(xué)習新的電源設計方法?；贒SP和處理器的數字電源IC迫使電 源設計人員不得不學(xué)習新的軟件技術(shù)，從而產(chǎn)生了為采用數字電源控制優(yōu)勢而必須克服的巨大障礙。針對這種情況，Zilker Labs開(kāi)發(fā)出Digital-DC產(chǎn)品，“這些產(chǎn)品使電源設計人員能夠按照他們過(guò)去的方式配置電源IC，并提供可利用簡(jiǎn)單圖形用戶(hù)接口 (GUI)輕松修改任何預配置設置的方式，因此能使他們利用數字電源控制的所有優(yōu)勢。”MacDonald表示。

此外，TI也正在采取一些措施來(lái)降低數字電源設計門(mén)檻，TI數字產(chǎn)品還將配套提供用戶(hù)友好型固件與GUI，以幫助設計人員開(kāi)發(fā)數字電源解決方案，并專(zhuān)門(mén)開(kāi)設了一個(gè)數字電源的網(wǎng)頁(yè)，為工程師提供參考設計，其中包括軟件和硬件，以縮短數字電源產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。

“大多數對數字電源感興趣的設計者期待的是控制輸出電壓的能力;跟蹤、定序以及獲取元件的反饋;用這些診斷功能跟蹤整個(gè)系統的完好狀況。 ”Maxim的Ashrafzadeh說(shuō)道。為此，Maxim提供免費GUI，用于控制MAX8688。不需要數字控制理論或者如何編寫(xiě)軟件 /固件的知識，任何工程師可以使用這個(gè)GUI軟件和MAX8688芯片來(lái)實(shí)現一個(gè)數字可編程電源。這對于不愿意放棄以往設計而冒險設計全新架構的工程師和 系統設計師來(lái)說(shuō)，帶來(lái)極大的便利。

不過(guò)，Microchip公司的Duvenhage認為，盡管有很多GUI可作為設計基礎，但重要的是工程師要學(xué)習微控制器的基本操作，以確保能夠理 解和調試數字設計的內部構件。為此Microchip網(wǎng)站開(kāi)辦一個(gè)新的電源中心來(lái)為使用數字以及模擬回路的模擬電源設計者提供幫助。Intersil公司 的Miller也表示，Intersil將開(kāi)發(fā)出易用的軟件GUI以及各種帶有PMBus接口的PWM控制IC，這些產(chǎn)品都帶有傳統的模擬控制回路和全數 字回路，為設計人員提供便利條件。

電源設計人員希望數字電源技術(shù)能提供靈活性極高的電源控制IC，這種IC可輕松配置，適于多種應用，而且設計人員無(wú)需學(xué)習新的編程語(yǔ)言或放棄先前已習 慣的相同性能及可靠性。對此，iWatt公司行銷(xiāo)副總裁Doyle Slack表示：“我們的產(chǎn)品集成了數字控制算法，無(wú)需控制器編程，因而對于電源系統設計人員不會(huì )造成困難。”而TI也推出不需 軟件編程的負載點(diǎn)系統數字電源控制器，其負載點(diǎn)數字電源管理功能支持電信和數據業(yè)務(wù)的應用。

和其他新興技術(shù)的發(fā)展軌跡相似，在數字電源技術(shù)的普及過(guò)程中，初期該技術(shù)會(huì )首先應用于一些高端市場(chǎng)當中，當工程師對這項技術(shù)逐步熟悉之后，就會(huì )將其更 多地用于消費類(lèi)產(chǎn)品中。在開(kāi)發(fā)具有更高性能的新設備時(shí)，設計人員會(huì )遇到與目前高端應用相似的電源管理問(wèn)題，隨著(zhù)系統愈加復雜，數字電源也將得到更加廣泛的 應用。