電源系統的數字化時代

目前音頻、視頻、影像、通信、網絡等范疇都逐步實現了數字化，這股浪潮也波及到以模擬技術為主導的電源系統范疇，數字電源開始受到業界關注，一些老牌半導體廠商以及新興的IC供應商率先投入到這個新的競技場。TI、Microchip、ZilkerLabs、iWatt、SiliconLabs等公司紛紛推出各自的數字電源產品。此外，一些市場調研機構也對數字電源的前景表示樂觀，據Darnell的數據顯示，2006年全球數字電源芯片市場為1.69億美元，預計2010年將達到7.96億美元，年復合上升率為36.4%。

關于數字電源這個新生事物，業界不僅有熱情的掌聲，同時也不乏質疑的聲音：電源系統真的要數字控制嗎?為甚么要采用數字電源管理?模擬陣營的擁戴者認為，與數字辦法相比，模擬設計的成本更低，現代的模擬實現辦法實際上表現更為出色。

事實上，數字與模擬這兩種技術并非針鋒相對，很多情況下二者甚至是互補的。在電源設計范疇，模擬技術的優點仍舊存在，而數字技術的價值也會依據不同的電源使用而有所差異，例如，簡單的可通過業界標準協議(如pMBus)實現控制與配置;復雜的可借助引擎解決能力，采用結構化的動態工作模式提高電源可靠性及效率。

通過取長補短、恰當結合這兩種核心技術，電源處理辦法會更加優化、豐富。TI公司亞太區電源產品技術總監嚴宗福就表示：借助數字電源處理辦法，TI擴展了電源管理產品系列。我們認為模擬與數字電源管理處理辦法將在今后多年內長期共存。美國國家半導體亞太區電源管理產品市場總監黃漢基也指出：將來幾年內模擬控制與數字控制這兩種不同的技術將會在市場上各據一方。

數字電源vs.模擬電源

數字電源與模擬電源的差別緊要聚集在控制與通信部分。在簡單易用、參數變更要求不多的使用場合，模擬電源產品可能更具優點;而在可控因素較多、實時反應速度更快、要多個模擬系統電源管理的復雜高性能系統使用中，數字電源則具有更大的優點。例如數據(服務器、存儲和UpS)、通信(3G基站、路由器)、高端工業設備、探測測量設備、醫療設備等。

圖1：數字、模擬各有優點，或許混合信號電源辦法是最佳選擇

在發展初期，數字電源辦法難以達到模擬設計的高效率，而今朝已有一些數字辦法能夠達到甚至超越模擬辦法的效率，并且易于使用。數字電源技術采用智能辦法優化系統效率，數字控制供應了無需額外電路便可管理及監控系統內所有電源的能力。當電子系統日益復雜時，數字電源技術將會成為一種緊要的工具，幫助系統設計人員優化系統性能。

在電源范疇，數字集成顯然是個趨勢，不過并非所有的電源技術都會向這種趨勢發展。Microchip公司安全、微控制器和技術開發部產品行銷經理FanieDuvenhage表示，電源市場具有多樣性，處理辦法也各有不同，數字電源也不例外。將來的數字電源將包括某種形式的數字控制，同時也包括模擬模塊。Duvenhage指出。

對此，Maxim公司業務經理AhmadAshrafzadeh也有同感，他認為，數字電源不可能在所有使用范疇替代模擬電源，數字電源所能供應的特性并不是所有使用都非得具備的，而且關于一些成本敏感的使用或特殊的消費類產品，這些性能可能還是多余的。目前數字電源最適于服務器、網絡交換機、路由器等要求可靠監控的產品及基礎架構設備。

Intersil公司使用工程總監GregMiller也認為數字電源管理是通信/工業范疇最緊要的電源技術趨勢。不過，他不同意一些人提出的數字控制理論。在數字IC與電源管理IC的接口部分采用數字電路能提升效率，但是在電源管理IC內部我們不贊成采用數字控制，我們認為模擬控制能實現更小的芯片尺寸和功耗。Miller表示。ZilkerLabs公司行銷副總裁JimMacDonald也指出，模擬電源器件仍將是電源管理市場的緊要部分。

目前在整個市場中數字電源技術所占的比例還很小，不過，隨著越來越多的系統開發商采用這種技術，數字技術仿佛正在成為電源系統設計的新趨勢。Intersil的Miller認為，模擬與數字電源處理辦法會跨過不同范疇共存，但數字電源辦法會逐步普及并拿走模擬辦法的市場份額，數字電源最終會成為電源市場的緊要區域。

模擬技術+DSp/MCU成為緊要趨勢，使用辦法向消費范疇滲透

更高集成度、更快瞬時應和以及更大靈活性是數字電源的緊要優點。通常情況下，模擬pWM架構能夠供應較高辨別率，但無法實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;而關于數字pWM，為了達到與模擬控制架構同等的性能指標非得具備高辨別率、高速和線性ADC，以及高辨別率、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新增。綜合考慮兩者優點，Maxim公司的Ashrafzadeh認為，最佳辦法是將模擬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限辨別率的情況下，供應數字控制所具有的全部性能。

在數字控制器方面，目前的辦法分為固定功能硬件和DSp兩大類，兩者各有優缺點。固定功能的硬件處理辦法體積小、速度快、成本低，但是缺乏靈活性;DSp辦法靈活性高，但是體積大、成本高、速度慢，要很長的軟件學習過程。相對而言，DSp控制的電源采用數字濾波方式，較MCU控制的電源更能滿足復雜的電源需求、實時反應速度更快、電源穩壓性能更好。當前，TI、飛思卡爾、SiliconLabs的數字電源控制器均采用模擬技術與DSp相結合的策略。

實際上，在UpS、逆變電源和馬達控制等范疇，很早就有采用通用DSp進行控制。目前的數字電源芯片很多都是采用DSp或MCU針對電源使用進行一系列功能和接口的優化。例如，TI的數字電源處理辦法FusionDigitalpower中用于AC/DC電源的UCD9501，就是源于其DSp產品TMS320。除了供應DSp控制的數字電源IC，TI還有MCU控制的數字電源IC。

而ZilkerLabs則汲取了模擬電源處理辦法的高性能、高效率和速度快以及數字電源處理辦法的高靈活性、可擴展和高度可控制的優點，開發出創新的混合信號電源技術。該公司推出的第一款品牌產品ZL2005，就使數字電源處理辦法達到了模擬電源處理辦法的高效率。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除