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數字/模擬電源優勢對比:電源系統數字化時代到來了嗎?


作者:    時間:2013/7/31 9:36:51  來源:   

        近幾年,使用微處理器控制開關式電源不斷發展。在數字電源相比模擬電源的優點方面仍存在許多爭議,兩大陣營你來我往、爭論激烈。實際上,每一種方法都有其自己的優點和缺點。但設計人員最終都必須做出選擇,是使用模擬解決方案還是使用數字解決方案,而要做出明智的決定需要了解每種方案的優點和缺點。模擬開關式電源已經使用了幾十年。其設計為人們所熟知,而且有許多優秀的教科書、仿真工具包、應用手冊和研討會。還有眾多廠商提供的大量低成本集成電路,其封裝了許多功能,從集成柵極驅動器及開關到電流感應和保護。總之,無論如何數字電源都會使模擬電源多余的觀點太過牽強。數字控制擁有一些模擬世界不具有的特性,其使開關式電源設計擁有迄今還不可能實現的功能。正如工程其他方面一樣,這些好處是有代價的,而是否選擇使用數字解決方案必須根據這些優點是否勝過其帶來的問題來決定。模塊化電源設計人員擁有了更多的優勢。想想一家電源廠商有許多不同功率級的情況吧。采用數字控制解決方案,可讓一個單處理器與單獨自定義軟件一起工作以滿足每個功率級的需求。大規模生產時,產生的經濟規模會十分巨大。
        數字電源vs模擬電源
        “在電源領域,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 Fanie Duvenhage表示,電源市場具有多樣性,解決方案也各有不同,數字電源也不例外。“未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。
        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,數字技術似乎正在成為電源系統設計的新趨勢。Intersil的Miller認為,模擬與數字電源解決方案會跨越不同領域共存,但數字電源方案會逐步普及并拿走模擬方案的市場份額,數字電源最終會成為電源市場的重要區域。
        模擬技術+DSP/MCU成為主要趨勢,應用方案向消費領域滲透
        更高集成度、更快瞬時響應以及更大靈活性是數字電源的主要優勢。通常情況下,模擬PWM架構能夠提供較高分辨率,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限分辨率的情況下,提供數字控制所具有的全部性能。
        在數字控制器方面,目前的方案分為固定功能硬件和DSP兩大類,兩者各有優缺點。固定功能的硬件解決方案體積小、速度快、成本低,但是缺乏靈活性;DSP方案靈活性高,但是體積大、成本高、速度慢,需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、Silicon Labs的數字電源控制器均采用模擬技術與DSP相結合的策略。
高集成度和靈活性是數字電源的主要特點,為滿足復雜的電源系統需求,數字電源已經開始應用在移動通信設備、白色家電、車載設備、便攜式娛樂設備等系統中。如果方案成本能夠進一步下降,那么對于其他消費電子領域,數字電源同樣具有應用潛力。“隨著工藝的改進和技術演進,未來我們會把數字電源產品推向消費電子領域。
        設計人員面臨數字化挑戰,應用普及尚待時日
        數字電源技術為電源設計開辟了新的技術領域。軟件、工具、電源通信技術的標準化以及控制器解決方案的性價比等都將影響數字電源技術的推廣速度。具體而言,目前數字電源的應用普及還存在以下挑戰。
        首先是標準化問題。通信總線與接口的標準化、可編程平臺的標準化、以及內核與周邊器件協議管理的標準化是數字電源管理實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才能實現的這種看法也阻礙了數字控制技術在電源領域的發展。“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,價格很低并能增強(或簡化)一些基礎電源的模擬設計。”Microchip公司產品行銷經理Duvenhage介紹。
        電源設計人員希望數字電源技術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,而且設計人員無需學習新的編程語言或放棄先前已習慣的相同性能及可靠性。
        和其他新興技術的發展軌跡相似,在數字電源技術的普及過程中,初期該技術會首先應用于一些高端市場當中,當工程師對這項技術逐步熟悉之后,就會將其更多地用于消費類產品中。在開發具有更高性能的新設備時,設計人員會遇到與目前高端應用相似的電源管理問題,隨著系統愈加復雜,數字電源也將得到更加廣泛的應用。

關鍵詞:數字電源 模擬電源 優勢對比
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