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    数字/模拟电源优势对比:电源系统数字化时代到来了吗?

      新闻发布时间:2014-4-26新闻浏览次数:1326作者:淄博凯隆电气

        近几年,使用微处理器控制开关式电源不断发展。在数字电源相比模拟电源的优点方面仍存在许多争议,两大阵营你来我往、争论激烈。实际上,每一种方法都有其自己的优点和缺点。但设计人员最终都必须做出选择,是使用模拟解决方案还是使用数字解决方案,而要做出明智的决定需要了解每种方案的优点和缺点。模拟开关式电源已经使用了几十年。其设计为人们所熟知,而且有许多优秀的教科书、仿真工具包、应用手册和研讨会。还有众多厂商提供的大量低成本集成电路,其封装了许多功能,从集成栅极驱动器及开关到电流感应和保护。总之,无论如何数字电源都会使模拟电源多余的观点太过牵强。数字控制拥有一些模拟世界不具有的特性,其使开关式电源设计拥有迄今还不可能实现的功能。正如工程其他方面一样,这些好处是有代价的,而是否选择使用数字解决方案必须根据这些优点是否胜过其带来的问题来决定。模块化电源设计人员拥有了更多的优势。想想一家电源厂商有许多不同功率级的情况吧。采用数字控制解决方案,可让一个单处理器与单独自定义软件一起工作以满足每个功率级的需求。大规模生产时,产生的经济规模会十分巨大。

       数字电源vs模拟电源
       “在电源领域,数字集成显然是个趋势,不过并非所有的电源技术都会向这种趋势发展。”Microchip公司安全、微控制器和技术开发部产品行销经理 Fanie Duvenhage表示,电源市场具有多样性,解决方案也各有不同,数字电源也不例外。“未来的数字电源将包括某种形式的数字控制,同时也包括模拟模块。”Duvenhage指出。
        目前在整个市场中数字电源技术所占的比例还很小,不过,随着越来越多的系统开发商采用这种技术,数字技术似乎正在成为电源系统设计的新趋势。Intersil的Miller认为,模拟与数字电源解决方案会跨越不同领域共存,但数字电源方案会逐步普及并拿走模拟方案的市场份额,数字电源最终会成为电源市场的重要区域。
       模拟技术+DSP/MCU成为主要趋势,应用方案向消费领域渗透
       更高集成度、更快瞬时响应以及更大灵活性是数字电源的主要优势。通常情况下,模拟PWM架构能够提供较高分辨率,但无法实现数字控制架构所具备的输出电压监视、通信及其它复杂控制功能;而对于数字PWM,为了达到与模拟控制架构同等的性能指标必须具备高分辨率、高速和线性ADC,以及高分辨率、高速PWM电路,因而与模拟控制架构相比,数字控制架构的成本将大幅增加。综合考虑两者优势,Maxim公司的Ashrafzadeh认为,最佳方案是将模拟PWM与数字电路相结合,在不牺牲模拟控制所具备的精度和无限分辨率的情况下,提供数字控制所具有的全部性能。
       在数字控制器方面,目前的方案分为固定功能硬件和DSP两大类,两者各有优缺点。固定功能的硬件解决方案体积小、速度快、成本低,但是缺乏灵活性;DSP方案灵活性高,但是体积大、成本高、速度慢,需要很长的软件学习过程。相对而言,DSP控制的电源采用数字滤波方式,较MCU控制的电源更能满足复杂的电源需求、实时反应速度更快、电源稳压性能更好。当前,TI、飞思卡尔、Silicon Labs的数字电源控制器均采用模拟技术与DSP相结合的策略。
    高集成度和灵活性是数字电源的主要特点,为满足复杂的电源系统需求,数字电源已经开始应用在移动通信设备、白色家电、车载设备、便携式娱乐设备等系统中。如果方案成本能够进一步下降,那么对于其他消费电子领域,数字电源同样具有应用潜力。“随着工艺的改进和技术演进,未来我们会把数字电源产品推向消费电子领域。
       设计人员面临数字化挑战,应用普及尚待时日
       数字电源技术为电源设计开辟了新的技术领域。软件、工具、电源通信技术的标准化以及控制器解决方案的性价比等都将影响数字电源技术的推广速度。具体而言,目前数字电源的应用普及还存在以下挑战。
       首先是标准化问题。通信总线与接口的标准化、可编程平台的标准化、以及内核与周边器件协议管理的标准化是数字电源管理实现规模商用的主要挑战之一。其次,认为数字电源需要高端DSP才能实现的这种看法也阻碍了数字控制技术在电源领域的发展。“数字电源方案不仅仅适于高端和复杂的应用,小型的微控制器,例如Microchip的PIC10F系列,价格很低并能增强(或简化)一些基础电源的模拟设计。”Microchip公司产品行销经理Duvenhage介绍。
       电源设计人员希望数字电源技术能提供灵活性极高的电源控制IC,这种IC可轻松配置,适于多种应用,而且设计人员无需学习新的编程语言或放弃先前已习惯的相同性能及可靠性。
       和其他新兴技术的发展轨迹相似,在数字电源技术的普及过程中,初期该技术会首先应用于一些高端市场当中,当工程师对这项技术逐步熟悉之后,就会将其更多地用于消费类产品中。在开发具有更高性能的新设备时,设计人员会遇到与目前高端应用相似的电源管理问题,随着系统愈加复杂,数字电源也将得到更加广泛的应用。
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