數字電源技術(shù)掃盲篇

　　數字電源技術(shù)

　　數字電源具有高性能和高可靠性的特點(diǎn)，其設計非常靈活。隨著(zhù)IC廠(chǎng)商不斷推出新型號、性能更好的數字電源ic產(chǎn)品以及用戶(hù)對數字電源認識的深入，數字電源的應用將會(huì )得到普及。

　　近年來(lái)，許多相關(guān)的因素導致對數字電源管理的需求急劇上升。許多板卡設計人員已經(jīng)轉向開(kāi)發(fā)中間總線(xiàn)電源結構，通過(guò)使用多個(gè)單板DC/DC轉換器來(lái)產(chǎn)生不同矽器件所需要的多樣化的電源要求。這導致一個(gè)很明顯的結果就是在產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)測試及日常使用的過(guò)程中，配置、控制及監控這些電源將變得更加的復雜。光是控制上電/下電時(shí)序就需要專(zhuān)門(mén)的可編程集成電路及大量的額外部件，更別說(shuō)用于靈活的系統級控制和診斷所需要的配置或實(shí)時(shí)反饋設施。

　　目前許多高性能的DC/DC轉換器仍是通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)源元件產(chǎn)生的模擬信號來(lái)進(jìn)行設置和控制。即使具有最先進(jìn)電源轉換拓撲結構的高性能轉換器，也有可能需要使用外部調節電阻和電容來(lái)確定諸如？動(dòng)時(shí)間、輸出點(diǎn)值及開(kāi)關(guān)頻率等參數

　　。當然，這些參數沒(méi)有一個(gè)是可以在匆忙中更改的，因此自適應的電源管理方案就不可能實(shí)現。

　　除了一些專(zhuān)門(mén)用于微處理器（其以VID代碼的形式為輸出電壓控制提供有限的數字編程性）的轉換器之外，市場(chǎng)上大多數磚形轉換器、中間總線(xiàn)轉換器及負載點(diǎn)（Point of load， POL）轉換器仍然是采用模擬控制的。對數字控制需求最為迫切的是非隔離負載點(diǎn)轉換器，因為這些轉換器廣泛用于板卡上并為器件提供最終電壓。然而，這個(gè)需求也適合于隔離轉換器，因此，毫無(wú)疑問(wèn)，設計者們希望能夠很快得到其他的數字可編程電源。

　　一、數字電源的定義

　　數字電源或數字控制電源有幾種不同的含義。

　　最簡(jiǎn)單的定義是通過(guò)數字接口控制開(kāi)關(guān)穩壓器，這可能包括通過(guò)I2C或類(lèi)似的數字總線(xiàn)控制輸出電壓、開(kāi)關(guān)頻率或多通道電源的排序，？動(dòng)、裕度控制、加電和斷電排序等等都可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)數字信號控制。實(shí)際上，目前市場(chǎng)上的很多電源管理集成電路都以這種方式工作∶通過(guò)數字接口控制模擬開(kāi)關(guān)穩壓器。

　　第二個(gè)是給前面定義加上所謂的數字遙測。在這種情況下，提供額外的控制功能以監視開(kāi)關(guān)電源的狀態(tài)，如溫度、輸出電流、輸入電流、輸入電壓、輸出電壓等，并根據需求或周期性地向主機報告。ID標記、故障狀態(tài)信息甚至時(shí)間標記事件等其他信息也可以存儲在片上非易失性存儲器中，并在將來(lái)某個(gè)時(shí)間報告這些信息，具有大量數字集成電路的高端系統是這類(lèi)數字電源的目標市場(chǎng)，而較低成本的消費類(lèi)產(chǎn)品可能不需要這樣的信息。

　　第三個(gè)也是最野心勃勃的數字電源含義是，用數字電路徹底取代開(kāi)關(guān)穩壓器中的所有模擬電路。據說(shuō)這樣將使開(kāi)關(guān)穩壓器更容易設計、配置、穩定、調節和銷(xiāo)售。更進(jìn)一步的理由是，通過(guò)編寫(xiě)幾行簡(jiǎn)單的代碼，一個(gè)核心數字電源集成電路就可以配置成升壓穩壓器、降壓穩壓器、負輸出、SEPIC、反激式或正激式轉換器。正是數字電源的這個(gè)含義最難以理解，因為從根本上來(lái)說(shuō)，電源是模擬的。甚至用ADC和DSP取代誤差放大器和脈沖寬度調制器的數字開(kāi)關(guān)穩壓器也仍然需要電壓基準、電流檢測電路和開(kāi)關(guān)或FET驅動(dòng)器。此外，電感器或變壓器和電容器在實(shí)現數字電源時(shí)也是不能沒(méi)有的。

　　二、數字電源與模擬電源的區別

　　數字電源與模擬電源的區別主要集中在控制與通信部分。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。

　　此外，在復雜的多系統業(yè)務(wù)中，相對模擬電源，數字電源是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現多方面的應用，其具備的可擴展性與重復使用性使用戶(hù)可以方便更改工作參數，優(yōu)化電源系統。通過(guò)實(shí)時(shí)過(guò)電流保護與管理，它還可以減少外圍器件的數量。

　　數字電源有用DSP控制的，還有用MCU控制的。相對來(lái)講，DSP控制的電源采用數字濾波方式，較MCU控制的電源更能滿(mǎn)足復雜的電源需求、實(shí)時(shí)反應速度更快、電源穩壓性能更好。

　　數字電源有什麼好處它首先是可編程的，比如通訊、檢測、遙測等所有功能都可用軟件編程實(shí)現。另外，數字電源具有高性能和高可靠性，非常靈活。

　　三、數字電源的發(fā)展

　　數字電源是一種新技術(shù)，現階段其發(fā)展受到人們對它的一些誤解而比較難推廣∶

　　1、數字電源成本高得嚇人

　　過(guò)去，一說(shuō)到“數字”，人們就認為成本高于傳統的模擬解決方案──較之數字解決方案具有的其他優(yōu)點(diǎn)，譬如尺寸縮小、具有靈活性與適應性、可測試性增強、診斷功能及擴展功能，成本高是一大負面因素。不過(guò)與使用所占空間較大的專(zhuān)有技術(shù)制造的模擬反饋回路相比，利用市場(chǎng)上現有的CMOS技術(shù)實(shí)現數字反饋回路所需成本較少。另外，采用真正數字電源的解決方案整體成本比其他現有方案低得多。

　　2、數字電源復雜得多

　　人們有一種觀(guān)點(diǎn)，認為電源設計人員天生就是模擬技術(shù)設計人員，因而不想處理編程帶來(lái)的復雜性。數字電源管理的支持者提出，我們不但對力求創(chuàng )新的設計人員 （他們并沒(méi)有受到興起的數字電源的威脅）沒(méi)有給予足夠重視，而且實(shí)際上，編程并不是意味著(zhù)編寫(xiě)代碼，其實(shí)只是處理向導程序驅動(dòng)的圖形用戶(hù)界面（GUI），以獲得各種系統級優(yōu)點(diǎn)，其中包括∶

　?。?）通過(guò)實(shí)時(shí)遙測技術(shù)簡(jiǎn)化了系統級溫度管理；

　?。?）通過(guò)實(shí)時(shí)遙測技術(shù)提高了在故障出現前事先預測的可靠性；

　?。?）通過(guò)在最終模塊或者主板測試階段完全自動(dòng)化的檢查和可變電阻器微調等功能提高可制造性。

　　實(shí)際上，數字電源遲遲得不到接受是因為顧客認為數字技術(shù)未得到證明、技術(shù)復雜及成本高昂。這不足為奇，因為業(yè)界在70年代末遇到了相似的情況∶當時(shí)電源從線(xiàn)性改為開(kāi)關(guān)式，而最初開(kāi)關(guān)式也被認為價(jià)格昂貴、不可靠（輸出噪音大）。不過(guò)，一旦顧客認識到開(kāi)關(guān)式電源所具