數字控制在電源應用中的特性和優(yōu)勢

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(jìn)行對比時(shí)所有支持電路也需包括在內。圖3 所示為每個(gè)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(xiàn)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(jìn)行了比較，著(zhù)重說(shuō)明了前面所述的差別。比較中所用到的價(jià)位是直接從廠(chǎng)家的網(wǎng)站上獲得的。

表 1： 300W 模擬與數字電源物料價(jià)格比較

　　表1 中所列出的物料清單比較清楚地說(shuō)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(huì )認為數字電源需要使用專(zhuān)用的MOSFET柵極驅動(dòng)器，而模擬解決方案則可提供片上柵極驅動(dòng)器。不過(guò)，這一點(diǎn)僅適用于低功率模擬設計，對于大多數高功率模擬設計來(lái)說(shuō)，仍然需要使用外部柵極驅動(dòng)器。

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

　　顯而易見(jiàn)，數字電源在總BOM成本方面具有顯著(zhù)優(yōu)勢。

　　數字電源還有許多其他潛在的低成本優(yōu)勢。例如，采用數字化控制方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是減少元件數量。這可以使布線(xiàn)更簡(jiǎn)單，PCB 板的尺寸更小，進(jìn)而減少了PCB板的加工和組裝成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

　　這些額外的成本節省更強調了選擇電源數字化控制方案的好處。

　　高級特性

　　效率優(yōu)化

　　對于任何電源設計人員，兩個(gè)最重要的考量方面就是總成本和系統性能。與模擬電源相比，數字電源的成本優(yōu)勢在之前的章節中已經(jīng)進(jìn)行了分析，我們現在將針對數字電源具有更高效率這一優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行探討。

　　任何電源設計都是按照其可能的最大效率來(lái)實(shí)現的。近年來(lái)，隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展及新拓撲結構的出現，電源效率達到了更高的水平。之前已經(jīng)提到，在某些運行條件下（半載或者較高的線(xiàn)電壓情況時(shí)），效率的確或多或少實(shí)現了最大化。

　　數字電源增強了系統的通用性，可對多個(gè)運行點(diǎn)的效率進(jìn)行優(yōu)化。

　　對于PFC升壓轉換器，輕載時(shí)可通過(guò)降低轉換器開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減小開(kāi)關(guān)損耗。由于是輕載，磁場(chǎng)仍可以應對較低的開(kāi)關(guān)頻率。如果實(shí)現的是一個(gè)交錯式PFC 轉換器，輕載時(shí)可以通過(guò)關(guān)斷其中一相來(lái)進(jìn)一步減小功耗。

　　類(lèi)似地，對于一個(gè)相移式全橋變換器，可以在輕載時(shí)關(guān)斷同步MOSFET,而使用內部集成續流二極管，這樣可消除額外的開(kāi)關(guān)損耗。

　　另一個(gè)實(shí)例是降壓轉換器應用。對于高電流輸出的場(chǎng)合，同步降壓轉換器通常是首選。但是，使用同步MOSFET會(huì )在輕載時(shí)引起環(huán)流，這反過(guò)來(lái)會(huì )引起更高的損耗。因此，當轉換器運行在不連續電流模式時(shí)，降壓轉換器的同步/ 續流MOSFET 就會(huì )被禁止。

　　上述介紹的技術(shù)可通過(guò)選擇先進(jìn)的拓撲結構（如諧振和準諧振轉換器）來(lái)提高效率。數字控制完全支持這些先進(jìn)的拓撲結構，包括相移全橋和LLC 諧振轉換器，從而獲得高效率和高功率密度?？傊?，數字控制提供很多選擇，可在整個(gè)運行范圍內對電源效率進(jìn)行優(yōu)化。