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电源系统的数字化时代到来了吗

来源:电源世界?? 2007年10月16日 ?? 收藏0

?????? 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。

  实际上,在UPS、逆变电源和马达控制等领域,很早就有采用通用DSP进行控制。目前的数字电源芯片很多都是采用DSP或MCU针对电源应用进行一系列功能和接口的优化。例如,TI的数字电源解决方案Fusion Digital Power中用于AC/DC电源的UCD9501,就是源于其DSP产品TMS320。除了提供DSP控制的数字电源IC,TI还有MCU控制的数字电源 IC。

  而Zilker Labs则汲取了模拟电源解决方案

的高性能、高效率和速度快以及数字电源解决方案的高灵活性、可扩展和高度可控制的优势,开发出创新的混合信号电源技术。该公司推出的第一款品牌产品ZL2005,就使数字电源解决方案达到了模拟电源解决方案的高效率。

  此外,美国国家半导体的几款电源管理芯片如LM3370、LP3957及PowerWise电源管理单元LP5550也都将适当比例的模拟及数字电路集成一起,以帮助客户提高产品价值。“内建高效能数字控制电路的高集成度模拟电源管理芯片将会被电源供应系统广泛采用。”该公司亚太区电源管理产品市场总监黄汉基指出。

  目前大多数数字电源方案在价格方面略高于模拟方案,因而现阶段数字电源被认为更适合于高端系统,而且高端系统能够更好地利用数字电源的特性。“不过,这种价格差距正在逐渐缩小。”Intersil公司的Miller表示,在一些需要电源管理的应用中,数字电源解决方案的成本并不高于传统模拟解决方案。

  Zilker Labs公司的MacDonald也认为:“数字电源解决方案所需的元件远少于模拟解决方案,它免除了对电压边限与监控元件、排序/跟踪 IC 或温度传感器的需要。因此与全模拟解决方案相比,数字电源解决方案的体积更小、成本更低。”

  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。”Zilker Labs公司的MacDonald表示。

  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。

  第三个主要挑战是软件设计。Zilker Labs公司的MacDonald认为,数字电源技术给电源系统设计人员带来的挑战是需要学习新的电源设计方法。基于DSP和处理器的数字电源IC迫使电源设计人员不得不学习新的软件技术,从而产生了为采用数字电源控制优势而必须克服的巨大障碍。针对这种情况,Zilker Labs开发出Digital-DC产品,“这些产品使电源设计人员能够按照他们过去的方式配置电源IC,并提供可利用简单图形用户接口(GUI)轻松修改任何预配置设置的方式,因此能使他们利用数字电源控制的所有优势。”MacDonald表示。

  此外,TI也正在采取一些措施来降低数字电源设计门槛,TI数字产品还将配套提供用户友好型固件与GUI,以帮助设计人员开发数字电源解决方案,并专门开设了一个数字电源的网页,为工程师提供参考设计,其中包括软件和硬件,以缩短数字电源产品的开发周期。


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电源? 数字化? 市场?

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