詳解數字電源的優(yōu)勢

與傳統的模擬電源相比，數字電源的主要區別是控制與通信部分。在簡(jiǎn)單易用、參數變更要求不多的應用場(chǎng)合，模擬電源產(chǎn)品更具優(yōu)勢，因為其應用的針對性可以通過(guò)硬件固化來(lái)實(shí)現，而在可控因素較多、實(shí)時(shí)反應速度更快、需要多個(gè)模擬系統電源管理的、復雜的高性能系統應用中，數字電源則具有優(yōu)勢。

目前在整個(gè)市場(chǎng)中數字電源技術(shù)所占的比例正在逐步增長(cháng)，不過(guò)，隨著(zhù)越來(lái)越多的系統開(kāi)發(fā)商采用這種技術(shù)，數字技術(shù)似乎正在成為電源系統設計的新趨勢。

模擬開(kāi)關(guān)式電源已經(jīng)使用了幾十年。其設計為人們所熟知，而且有許多優(yōu)秀的教科書(shū)、仿真工具包、應用手冊和研討會(huì )。還有眾多廠(chǎng)商提供的大量低成本集成電路，其封裝了許多功能，從集成柵極驅動(dòng)器及開(kāi)關(guān)到電流感應和保護。

數字控制擁有一些模擬世界不具有的特性，其使開(kāi)關(guān)式電源設計擁有迄今還不可能實(shí)現的功能。想想一家電源廠(chǎng)商有許多不同功率級的情況吧。采用數字控制解決方案，可讓一個(gè)單處理器與單獨自定義軟件一起工作以滿(mǎn)足每個(gè)功率級的需求。大規模生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)生的經(jīng)濟規模會(huì )十分巨大。

模擬技術(shù)+DSP/MCU成為主要趨勢，應用方案向消費領(lǐng)域滲透更高集成度、更快瞬時(shí)響應以及更大靈活性是數字電源的主要優(yōu)勢。通常情況下，模擬PWM架構能夠提供較高分辨率，但無(wú)法實(shí)現數字控制架構所具備的輸出電壓監視、通信及其它復雜控制功能;而對于數字PWM，為了達到與模擬控制架構同等的性能指標必須具備高分辨率、高速和線(xiàn)性ADC，以及高分辨率、高速PWM電路，因而與模擬控制架構相比，數字控制架構的成本將大幅增加。綜合考慮兩者優(yōu)勢，Maxim公司的 Ashrafzadeh 認為，最佳方案是將模擬PWM與數字電路相結合，在不犧牲模擬控制所具備的精度和無(wú)限分辨率的情況下，提供數字控制所具有的全部性能。

數字電源VS模擬電源的優(yōu)勢對比

數字開(kāi)關(guān)電源正是為了克服現代電源的復雜性而提出的，它實(shí)現了數字和模擬技術(shù)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(mǎn)足幾乎任何電源要求。數字電源還可通過(guò)遠程診斷以確保持續的系統可靠性，實(shí)現故障管理、過(guò)電壓(流)保護、自動(dòng)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(guò)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(jiǎn)化了設計制造流程。同時(shí)，數字電源的自動(dòng)診斷、調節的能力使調試和維護工作變得輕松。而數字電源相對于模擬電源的優(yōu)勢主要體現在以下幾個(gè)方面：

(1)便于高度集成化，由于數字電路采用二進(jìn)制，其代碼符號儀有0和l兩種，因此在數字1電路中只要有個(gè)不同的狀態(tài)分別表示0和1就可以，所以數字電路的基本單元十分簡(jiǎn)單，而且對元件要求也不嚴格，允許電路參數有較大的離散性，有利于將眾多的基本單元集成在同一硅片上進(jìn)行批量生產(chǎn)。

(2)工作準確可靠，抗干擾能力強。數字信號是l和0來(lái)表示信號的，而數字電路辨別信號的有無(wú)是很容易做到的，從而大大提高了電路的工作可靠性。同時(shí)數字信號不易受到噪聲干擾，因此它的抗干擾能力極強。

(3)數字信息便于長(cháng)期保存。借助某種媒體(磁盤(pán)、光盤(pán)等)可將數字信息長(cháng)期保存下來(lái)。

(4)數字集成電路產(chǎn)品多、通用性強且成本低。

(5)保密性好，數字信息容易進(jìn)行加密處理，不易被竊取。

(6)不盡能完成數值運算，還可以進(jìn)行邏輯運算和判斷，這在控制系統中是不可缺少的。

數字電源管理芯片易于在多相以及同步信號下進(jìn)行多相式并聯(lián)應用，可擴展性與重復性?xún)?yōu)秀，輕松實(shí)現負載均流，減少EMI，并簡(jiǎn)化濾波電路設 計。數字控制的靈活性能把電源組合成串聯(lián)或并聯(lián)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(diǎn)上都具有最優(yōu)的功率轉換效率。

相對模擬控制技術(shù)，數字技術(shù)的獨特優(yōu)勢還包括在線(xiàn)可編程能力、更先進(jìn)的控制算法、更好的效率優(yōu)化、更高的操作精確度和可靠性、優(yōu)秀的系統管 理和互聯(lián)功能。數字電源不存在模擬電源中常見(jiàn)的誤差、老化(包括模擬器件的精度)、溫度影響、漂移、補償等問(wèn)題，無(wú)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(shí)現非線(xiàn)性控制(可改善電源的瞬態(tài)響應能力)和多環(huán)路控制等高級控制算法;更新固件即可實(shí)現新的拓撲結構和控制算法，更改電源參數也無(wú)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(guò)設計不同固件即可滿(mǎn)足各種最終系統的獨特要求，從而加快產(chǎn)品上市，減少開(kāi)發(fā)成本、元器件庫存與風(fēng)險。

數字電源取代模擬電源的決定因素

數字控制能解決問(wèn)題，是因為它具有比模擬控制更好的性能、更靈活且在復雜的設計中更易用。然而下面總結的六個(gè)方面是決定了模擬電源被數字電源取代的主要因素。

(1)瞬態(tài)響應：控制機制極大影響了系統的瞬態(tài)響應。例如，與電流模式相比，磁滯控制器的瞬態(tài)響應會(huì )有很大不同。每種控制模式都既有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。數字解決方案讓你能無(wú)縫地從一種模式轉換到另一種模式，以提供最優(yōu)的瞬態(tài)響應。雖然模擬解決方案可以提供很好的點(diǎn)方案，但極少出現足夠靜態(tài)的工作狀況，讓你能實(shí)現所設想的點(diǎn)方案。

(2)調節精度：一般來(lái)說(shuō)，調節精度是根據線(xiàn)電壓、負載和溫度來(lái)定義的，因為這些條件中的每一個(gè)都會(huì )影響調節精度。數字控制器可以監視這些條件，并采取控制措施，在整個(gè)工作條件范圍內進(jìn)行優(yōu)化。

(3)穩定性：數字控制能夠提供比模擬方案更好的補償(更好地調用極點(diǎn)和零點(diǎn))，因此在穩定性上的控制要好很多。另外，補償能夠隨著(zhù)條件的變化而變化，使系統能在很寬范圍的條件下實(shí)現最佳的穩定性。模擬控制器的補償是固定的，而數字控制可提供可調的甚至是自適應的補償。

(4)故障響應：數字電源控制器提供了大量故障響應的選項。每種故障都有唯一的響應特性，可根據用戶(hù)的需求進(jìn)行調整。模擬控制器一般只有一個(gè)固定的故障響應(如斷電/斷續/過(guò)載)，用戶(hù)也只能選擇用或者不用。數字控制還能提供濾波器功能，降低虛假故障的可能。

(5)效率：許多控制結果都會(huì )影響到效率，包括死區時(shí)間、開(kāi)關(guān)頻率、柵極驅動(dòng)等級、二極管仿真、加相和缺相等。針對這些因素，當前數字控制所提供的數字控制算法在整個(gè)工作條件范圍內進(jìn)行了優(yōu)化。因此，在某個(gè)工作點(diǎn)下，你也許能將模擬控制器調整到很高的效率，但數字控制器卻可對所有的工作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

(6)可靠性：減少元件數量、降低工作溫度(通過(guò)效率優(yōu)化)是數字電源提高系統可靠性的兩個(gè)途徑。此外，靈活的故障響應和探測元器件參數微小變化的能力，可以大幅減少停機時(shí)間。

一般情況下，對大多數簡(jiǎn)單的設計和基本要求來(lái)說(shuō)，數字控制可能有點(diǎn)大材小用。當然，數字電源控制的靈活程度足以應付這些簡(jiǎn)單的應用，其功能可能超出實(shí)際所需。因此，數字控制器顯然是備受歡迎的解決辦法。

另外，數字電源控制一般比模擬控制器具有更高的集成度。然而，集成度還不足以滿(mǎn)足設計重用和靈活性的要求;但是，數字電源控制器適用于各種各樣的應用，無(wú)需借助附加電路。從這個(gè)意義上說(shuō)，這項技術(shù)的靈活性要遠優(yōu)于傳統的模擬技術(shù)。