電源轉換應用無(wú)處不在。小到使用升壓轉換器調節紐扣電池（電量逐漸減?。╇妷旱谋銛y式設備，大到進(jìn)行大量冗余AC-DC轉換的蜂窩基站：一切都需要電力。業(yè)界對數字電源的討論有很多；例如，將電源轉換移至軟件，  終用相應軟件替代我們所有的電源硬件?，F實(shí)情況要復雜得多，動(dòng)態(tài)性也要差得多。大多數電源轉換是（并將始終）在專(zhuān)用硬件中實(shí)現的。不過(guò)，隨著(zhù)數字信號處理器（DSP）和數字配置控制器的功能越來(lái)越強大，對于精明的設計人員而言，可供其使用的選項和電源轉換功能也越來(lái)越多，更何況設計人員都不懼在固件編譯器方面挑戰一番。  的問(wèn)題是時(shí)機；何時(shí)在設計過(guò)程中增加固件是值得的，何時(shí)使用傳統的模擬電源轉換更好？答案與其所涵蓋的電源轉換一樣，是不固定的。目前推動(dòng)數字電源轉換投資的主要因素有四個(gè)：  、可靠性、動(dòng)態(tài)負載管理和總擁有成本。

 

數據  功能是數字化電源的主要優(yōu)勢之一。在許多系統中，了解處理器負載電流、電池電壓或功率大小是有利的。這些信息可用于節制風(fēng)扇速度、管理系統冷卻或向用戶(hù)  狀態(tài)。在生成或獲取應用程序時(shí)，該功能可以向中央系統  本地發(fā)電情況，或在耗電情況下  所需電能——這兩種情況均可使總體系統更為高效。今天，幾乎所有的備用電池或電池電源都使用某種形式的電量計量。在高性能計算應用中，用戶(hù)可能希望看到系統電壓恰好能夠使微處理器超頻，或者數據中心可能只是想要監測其（實(shí)質(zhì)）電源預算花費在哪些方面。準確的電壓  比較常見(jiàn)，但準確的電流或準確的功率  則比較困難。后兩者均需要良好的測量電路，通常圍繞系統中某處的模數轉換器構建。此外，無(wú)論是采用I2C(TM)、SMBus(TM)、PMBus(TM)、智能電池、SPI還是任何其他方法（標準或專(zhuān)有），都需要  測量數據。這種測量和  需要數字電路，但實(shí)際上并不需要數字化的控制回路，因此可單獨實(shí)現，即使用監控電路（可能使用PIC12F18xx系列單片機）來(lái)監控模擬電壓轉換器。電壓轉換也可以在PIC? MCU的獨立于內核的外設（CIP）中完成，或者使用內置MCU（例如MCP19xxx系列器件）的單片式模擬控制來(lái)完成。這些方法均可以實(shí)現數字  ，而且不需要數字控制回路，這通?？杉涌煜到y設計。有了此類(lèi)系統，為進(jìn)行  而添加一定級別的數字電路就變得很容易，并且可以圍繞模擬電源構建。

可提高系統的可靠性。硬件現在可以監視異常行為，并進(jìn)行通告，可在導致硬件故障之前檢測到問(wèn)題。這樣一來(lái)，便可延長(cháng)數據中心等高可靠性系統的正常運行時(shí)間。此外，還可使用數字控制回路進(jìn)一步提高可靠性。模擬控制回路的補償取決于隨時(shí)間發(fā)生偏移的無(wú)源模擬組件。數字計算始終是相同的。不過(guò)，更大的優(yōu)勢在于能夠處理故障和錯誤。與純模擬控制電路相比，智能固件能夠采取更多措施來(lái)減輕或標記有問(wèn)題的情況。更重要的是，它可以響應這些錯誤。這可能意味著(zhù)切換到冗余電源，或通知系統操作員設備需要修理。在系統層面上，這可以顯著(zhù)提高可靠性。

 

使用數字通信接口時(shí)，應用程序還能夠接收數字命令。這可以實(shí)現更精細的負載管理。自適應電壓調整、電壓裕度調整，甚至僅僅是復雜的負載都需要具備對電源操作進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整的能力。這些可以通過(guò)PMBus標準或智能電池協(xié)議等標準化命令來(lái)實(shí)現；也可以通過(guò)I2C或SPI接口的專(zhuān)有命令實(shí)現。也可以根據環(huán)境溫度、輸入電壓或負載功率變化等環(huán)境測量值進(jìn)行操作更改——無(wú)需任何外部通信。如果純模擬電源檢測到掉電并鎖定處理器電源，則數字控制器可能會(huì )降低輸出電壓，向處理器發(fā)出減慢速度的信號，然后減速處理，直到輸入恢復（緩慢的響應優(yōu)于無(wú)響應）。系統也可以實(shí)時(shí)調整工作頻率，提高各負載條件下的效率，同時(shí)仍保持固定頻率操作的優(yōu)勢。與數據  類(lèi)似，這些都是數字電路的典型應用，但是（取決于所需的確切性能變化）它們并不總是需要數字電源控制。例如，Microchip的MIC24045模擬電源控制器可以使用I2C接口進(jìn)行管理。除此之外，該器件可以動(dòng)態(tài)調整輸出電壓或電流限值以適應不斷變化的要求。

 

終決定通常取決于能否能降低總擁有成本。如果因數字電源所帶來(lái)的優(yōu)勢降低的總擁有成本高于所增加的系統成本（就開(kāi)發(fā)時(shí)間和硬件而言），則數字電源明顯勝出。隨著(zhù)數字控制變得越來(lái)越普遍，更優(yōu)異的設計工具使得數字控制設計變得越來(lái)越容易，數字控制變得越來(lái)越便宜和輕松。Microchip的軟件支持套件包括用于配置MCU的Microchip代碼配置器的圖形界面，以及用于生成代碼以仿真可輕松實(shí)現閉環(huán)的極點(diǎn)-零點(diǎn)放置的數字電源控制工具。這減少了創(chuàng )建數字電源控制所需的投資，數字解決方案在越來(lái)越多的應用中起到關(guān)鍵作用。與此同時(shí)，隨著(zhù)數字信號處理器速度的提高，瞬態(tài)響應和操作變化也越來(lái)越快。通過(guò)不斷調整電源操作以適應當前的負載條件和溫度，數字電源可以在各種負載條件下保持較高的平均效率。這種效率優(yōu)勢直接轉化為發(fā)電應用（例如太陽(yáng)能逆變器）的利潤，也可以降低耗電應用（例如數據中心或基站）的開(kāi)銷(xiāo)成本。

 

圖2：模擬和數字控制回路實(shí)現對比（框圖層面）。如果電源滿(mǎn)足應用需求，用戶(hù)始終不會(huì )了解其中的差別。

 

無(wú)論控制回路是模擬的還是數字的，只要其正常工作，用戶(hù)便不會(huì )了解其中的差別。如果應用優(yōu)勢不存在，則使用數字控制回路或數字化控制器可能是沒(méi)有意義的。在這些情況下，有許多模擬電源解決方案可以滿(mǎn)足電路更小巧、更易于實(shí)現的應用要求。電源模塊（包含硅控制器、功率MOSFET和磁性元件的集成封裝）正在提供振奮人心的集成選項，幾乎完全省去了電源設計工作。例如，MIC45404模塊只需使用兩個(gè)外部電容即可執行12V至3.3V的轉換，輸出電流高達5A。與數字電源解決方案相比，這是一種非常  的電源轉換，而所需的惟一設計工作是電路板布線(xiàn)。在許多應用中，這種簡(jiǎn)單的方法將有助于產(chǎn)品更快上市，同時(shí)還能提供有效的DC-DC轉換。

 

能力越大，責任越大。與先前的模擬產(chǎn)品相比，數字控制回路，帶數字接口的混合PWM控制器或基于CIP的單片機解決方案均可以實(shí)現更多的配置。這為設計提供了更大的靈活性，但是它要求系統設計人員花時(shí)間編寫(xiě)固件來(lái)配置相應的附加參數。在許多情況下，結果是值得的——但模擬控制將始終是電源轉換的主要方案。