由于電子系統變得越來(lái)越復雜——每個(gè)處理器需要多達 5 個(gè)電壓軌，而每個(gè)印刷電路板又具有多個(gè)處理器，因此電源復雜性增加了。諸如跟蹤、排序與邊際檢查以及電壓軌上低至 0.9V 的嚴格穩壓要求使得電源專(zhuān)家們認為數字電源是解決上述這些問(wèn)題的有效的替代解決方案。

 

目前新型數字電源控制器和功率級設計擁有許多高級特性，如：冗余AC或DC電源、工作范圍內超過(guò)90% 的高工作效率、故障容限設計、診斷與自動(dòng)測量記錄傳導。人們通常把數字電源解決方案視為一些應用的未來(lái)電源，如：無(wú)線(xiàn)基站、高速數據語(yǔ)音、視頻網(wǎng)絡(luò )、可再生能源應用等等。

 

 

Darnell Group 最新的一份報告顯示：數字電源IC市場(chǎng)在未來(lái)五年內銷(xiāo)售額將一躍達到近 8 億美元?！稊底蛛娫葱屡d市場(chǎng)：組件、轉換器以及系統級商機》第二版報告調研了包括 VR 環(huán)路控制、非 VR 環(huán)路控制器、功率因數環(huán)路校正環(huán)路控制器、轉換器管理 IC 以及系統 IC 在內的全球數字IC市場(chǎng)。Darnell 預測該市場(chǎng)銷(xiāo)售額將會(huì )從2006年的1.69 億美元增長(cháng)到2011年的7.96 美元，年均復合增長(cháng)率為 36.4%。

 

Darnell 注意到了影響該市場(chǎng)增長(cháng)的一些因素：在過(guò)去的幾年里，數字電源管理和控制產(chǎn)品市場(chǎng)取得了長(cháng)足的發(fā)展。更多的電源轉換器公司都將推出集成了數字電源管理和控制IC 解決方案的產(chǎn)品，其中包括混合（模擬和數字）和純數字電源。 與此同時(shí)，系統廠(chǎng)商正努力尋找數字控制的優(yōu)勢，并積極推出其自己的解決方案——通常是一些專(zhuān)用解決方案。

 

Darnell 調研顯示其他的一些經(jīng)濟因素也將成為推動(dòng)數字電源取代模擬解決方案的必然性。模擬IC 技術(shù)遵循其自己的摩爾定律，如每一代模擬裸片尺寸都會(huì )縮小 30% 并且每 4～8 年成本就會(huì )下降一半。 就數字 IC 而言，每新推出一代產(chǎn)品或每增加 18～24 月裸片尺寸就會(huì )縮小 2 倍。

 

但是，由于每推出新一代產(chǎn)品的成本就要高 10%～20%，因此要想將數字電源的成本降低 2 倍要花費大約 2～3 年的時(shí)間。制造比模擬控制器成本更低的數字電源控制器的制造節點(diǎn)早就有了。Darnell 調研顯示在兩種半導體工藝使用壽命中，就在商品部件中使用而言其將變得更具成本效益，如：電源控制 IC。該調研公司還注意到如果具體應用要求“多功能”解決方案的話(huà)，數字電源已經(jīng)比模擬電源便宜。

 

 

在過(guò)去的幾年里，系統設計人員已經(jīng)開(kāi)始將電源系統/轉換器看成是罪惡之源，因為必須將其考慮到將來(lái)要推出產(chǎn)品的整體成功中去。

 

三十年前，人們就播下了該行業(yè)從根深蒂固的線(xiàn)性技術(shù)向開(kāi)關(guān)模式轉換的種子。這是一場(chǎng)艱苦的戰斗。但是隨著(zhù) PWM 控制器 IC 的不斷發(fā)展以及 MOSFET 增強和封裝技術(shù)的進(jìn)步，開(kāi)關(guān)模式電源 （SMPS） 已能夠克服障礙并主導所有電源級別的市場(chǎng)。隨著(zhù)開(kāi)關(guān)模式轉換對所有前端影響的加大，外形尺寸不斷縮小、性能不斷提高且成本也不斷降低。線(xiàn)性產(chǎn)品憑借其獨特的屬性占有一席之地。

 

雖然在過(guò)去的 10 年里數字電源轉換一直很受青睞，但由于以下三個(gè)原因其采用已大大放緩。

 

一、模擬模工程師的能力問(wèn)題，他們設計了功率級、磁場(chǎng)和控制器，此外還要進(jìn)行 PCB 布局?，F在他需要學(xué)習數字硬件與固件知識或擁有一個(gè)圍繞數字電源設計工作的三人工作小組；

 

二、成本收益比；

 

三、我們不應忘記完全采用開(kāi)關(guān)模式轉換器花費了我們 20 來(lái)年的時(shí)間，現在時(shí)機成熟了。我們必須要將所有上述這些原因和只有數字電源才能更好地解決問(wèn)題而模擬解決方案達不到這種效果的應用聯(lián)系在一起。

 

雖然人們進(jìn)行了許多采用數字電源的嘗試，但是數字電源技術(shù)沒(méi)有在任何一個(gè)將會(huì )給電源產(chǎn)業(yè)帶來(lái)轉轉折點(diǎn)的具體應用中得到廣泛采用。人們仍然在考慮是否需要一個(gè)推動(dòng)采用或非成本敏感型 200A、多相位服務(wù)器內核電源的大容量 PC 市場(chǎng)，或要求診斷和自動(dòng)測量記錄傳導的 N+1 型冗余市場(chǎng)。在任何情況下，數字控制都必須能夠以與模擬解決方案相同的價(jià)格來(lái)滿(mǎn)足所有系統苛刻的性能要求。數字解決方案必須要大大拓展應用領(lǐng)域，從而提供模擬電源系統很難實(shí)現甚至是從未實(shí)現的突破性特性 。

 

自 20 世紀 90 年代末以來(lái)，真正的數字電源控制器一直不斷發(fā)展，即真正的數字信號處理器、微 ASIC 和狀態(tài)機?，F在，他們正處于緊要關(guān)頭，硬件、軟件和設計工具共同驅動(dòng)數字控制器到相同的電源范圍 （turf） 作為模擬。在今年的電源電子技術(shù)會(huì )議和巴爾的摩展會(huì )上展出的高級設計工具的可用性消除了人們對編程的畏懼心理，該編程工作困擾著(zhù)許多經(jīng)驗豐富的模擬電源設計人員。這些工具所提供的高級 GUI 特性不但不需編程，而且還簡(jiǎn)化了電源設計，這是除成本之外的兩大主要障礙。開(kāi)發(fā)時(shí)間被大大縮短并且效率也變得相當可觀(guān)。此外，其還開(kāi)通了主機 CPU 和電源之間通信線(xiàn)路，從而允許軟件對電源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節配置而不用更換硬件。此外，其還將電源作為系統級功能性。

目前數字控制器廠(chǎng)商已在該技術(shù)上投入了足夠的資金，主要包括列舉和展示數字電源給主要終端設備 OEM 廠(chǎng)商帶來(lái)的固有優(yōu)勢?；诓捎寐?，一些市場(chǎng)分析師預測這種新型的技術(shù)將會(huì )有一個(gè)光明的前景。到 2020 年末，數字電源轉換器將與模擬解決方案勢均力敵。

 

要求數字電源控制器的曲型應用之一是如下所示的太陽(yáng)能逆變器。

圖太陽(yáng)能逆變器結構圖

 

太陽(yáng)能逆變器是整個(gè)太陽(yáng)能系統的一個(gè)關(guān)鍵組件。它擔負著(zhù)將 PV 電池的可變 DC 輸出轉換成一個(gè)清潔的正弦波 50 或 60 Hz 電流的任務(wù)，以適用于為商用電網(wǎng)或局部電網(wǎng)供電。

 

DSP 控制器——數字信號控制器高效地執行為系統電池充電所需的高精度算法，并在無(wú)功率損耗的情況下為電網(wǎng)提供電力。這就是所說(shuō)的以其最大的功點(diǎn)執行系統。DC/AC 主要橋接的驅動(dòng)由控制器高度靈活的 PWM 外設實(shí)現。

其他應用為 TETRA（陸地集群無(wú)線(xiàn)電）基站

 

 

轉換器各種容易出錯的組件（如：電感、電容以及誤差放大器）的不可預測影響可以通過(guò)使用兼顧了大批量生產(chǎn)公差的數字電源控制器加以補償。

 

將這些數字特性整合到一起以創(chuàng )建可以滿(mǎn)足當今和未來(lái)最復雜系統苛刻電源要求的電源系統的方法不拘一格。

 

實(shí)際上，TI 曾在 2009 數字電源論壇上揭開(kāi)其針對 AC 到 DC-DC 負載點(diǎn)應用的最新解決方案和產(chǎn)品展示的神秘面紗，還展現了大量關(guān)于數字電源的技術(shù)論文。

 

該控制器使用一種易于使用的 Fusion Digital Power 設計人員工具進(jìn)行配置。該工免費且可以下載，旨在通過(guò)允許設計人員輕松地配置許多電源參數從而簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)過(guò)程并加速產(chǎn)品上市進(jìn)程，其中包括利用可選的默認響應進(jìn)行電壓和電流閾值的配置、電源電壓排序、監控、軟啟動(dòng)/停止、跟蹤、容限、控制環(huán)路響應、相位管理以及風(fēng)扇控制的配置。此外，還針對要求超高轉換效率的應用提供了參考設計，該參考設計使用集成驅動(dòng)器/MOSFET 技術(shù)。