電源系統(tǒng)的數(shù)字化時(shí)代
目前音頻、視頻、影像、通信、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域都逐步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化,這股浪潮也波及到以模擬技術(shù)為主導(dǎo)的電源系統(tǒng)領(lǐng)域,“數(shù)字電源”開 始受到業(yè)界關(guān)注,一些老牌半導(dǎo)體廠商以及新興的IC供應(yīng)商率先投入到這個(gè)新的競(jìng)技場(chǎng)。TI、Microchip、Zilker Labs、iWatt、Silicon Labs等公司紛紛推出各自的數(shù)字電源產(chǎn)品。此外,一些市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)也對(duì)數(shù)字電源的前景表示樂觀,據(jù)Darnell的數(shù)據(jù)顯示,2006年全球數(shù)字電源芯 片市場(chǎng)為1.69億美元,預(yù)計(jì)2010年將達(dá)到7.96億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為36.4%。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/176198.htm對(duì)于數(shù)字電源這個(gè)“新生”事物,業(yè)界不僅有熱情的掌聲,同時(shí)也不乏質(zhì)疑的聲音:電源系統(tǒng)真的需要數(shù)字控制嗎?為什么要采用數(shù)字電源管理?模擬陣營(yíng)的擁戴者認(rèn)為,與數(shù)字方案相比,模擬設(shè)計(jì)的成本更低,現(xiàn)代的模擬實(shí)現(xiàn)方法實(shí)際上表現(xiàn)更為出色。
事實(shí)上,數(shù)字與模擬這兩種技術(shù)并非針鋒相對(duì),很多情況下二者甚至是互補(bǔ)的。在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域,模擬技術(shù)的優(yōu)勢(shì)依然存在,而數(shù)字技術(shù)的價(jià)值也會(huì)根據(jù)不同的 電源應(yīng)用而有所差異,例如,簡(jiǎn)單的可通過業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(如PMBus)實(shí)現(xiàn)控制與配置;復(fù)雜的可借助引擎處理能力,采用結(jié)構(gòu)化的動(dòng)態(tài)工作模式提高電源可靠 性及效率。
通過取長(zhǎng)補(bǔ)短、恰當(dāng)結(jié)合這兩種核心技術(shù),電源解決方案會(huì)更加優(yōu)化、豐富。TI公司亞太區(qū)電源產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān)嚴(yán)宗福就表示:“借助數(shù)字電源解 決方案,TI擴(kuò)展了電源管理產(chǎn)品系列。我們認(rèn)為模擬與數(shù)字電源管理解決方案將在今后多年內(nèi)長(zhǎng)期共存。”美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場(chǎng) 總監(jiān)黃漢基也指出:“未來幾年內(nèi)模擬控制與數(shù)字控制這兩種不同的技術(shù)將會(huì)在市場(chǎng)上各據(jù)一方。”
數(shù)字電源vs.模擬電源
數(shù)字電源與模擬電源的區(qū)別主要集中在控制與通信部分。在簡(jiǎn)單易用、參數(shù)變更要求不多的應(yīng)用場(chǎng)合,模擬電源產(chǎn)品可能更具優(yōu)勢(shì);而在可控因素較多、實(shí)時(shí)反 應(yīng)速度更快、需要多個(gè)模擬系統(tǒng)電源管理的復(fù)雜高性能系統(tǒng)應(yīng)用中,數(shù)字電源則具有更大的優(yōu)勢(shì)。例如數(shù)據(jù)(服務(wù)器、存儲(chǔ)和UPS)、通信(3G基站、路由 器)、高端工業(yè)設(shè)備、測(cè)試測(cè)量設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等。
圖1:數(shù)字、模擬各有優(yōu)勢(shì),或許混合信號(hào)電源方案是最佳選擇
在發(fā)展初期,數(shù)字電源方案難以達(dá)到模擬設(shè)計(jì)的高效率,而現(xiàn)在已有一些數(shù)字方案能夠達(dá)到甚至超越模擬方案的效率,并且易于使用。數(shù)字電源技術(shù)采用智能方 法優(yōu)化系統(tǒng)效率,數(shù)字控制提供了無需額外電路便可管理及監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)所有電源的能力。當(dāng)電子系統(tǒng)日益復(fù)雜時(shí),數(shù)字電源技術(shù)將會(huì)成為一種重要的工具,幫助系統(tǒng) 設(shè)計(jì)人員優(yōu)化系統(tǒng)性能。
“在電源領(lǐng)域,數(shù)字集成顯然是個(gè)趨勢(shì),不過并非所有的電源技術(shù)都會(huì)向這種趨勢(shì)發(fā)展。”Microchip公司安全、微控制器 和技術(shù)開發(fā)部產(chǎn)品行銷經(jīng)理Fanie Duvenhage表示,電源市場(chǎng)具有多樣性,解決方案也各有不同,數(shù)字電源也不例外。“未來的數(shù)字電源將包括某種形式的數(shù)字控制,同時(shí)也包 括模擬模塊。”Duvenhage指出。
對(duì)此,Maxim公司業(yè)務(wù)經(jīng)理Ahmad Ashrafzadeh也有同感,他認(rèn)為,數(shù)字電源不可能在所有應(yīng)用領(lǐng)域替代模擬電源,數(shù)字電源所能提供的特性并不是所有應(yīng)用都必須具備的,而且對(duì)于一些 成本敏感的應(yīng)用或特殊的消費(fèi)類產(chǎn)品,這些性能可能還是多余的。目前數(shù)字電源最適于服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器等要求可靠監(jiān)控的產(chǎn)品及基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)備。
Intersil公司應(yīng)用工程總監(jiān)Greg Miller也認(rèn)為數(shù)字電源管理是通信/工業(yè)領(lǐng)域最重要的電源技術(shù)趨勢(shì)。不過,他不同意一些人提出的數(shù)字控制理論。“在數(shù)字IC與電源管理 IC的接口部分采用數(shù)字電路能提升效率,但是在電源管理IC內(nèi)部我們不贊成采用數(shù)字控制,我們認(rèn)為模擬控制能實(shí)現(xiàn)更小的芯片尺寸和功耗。” Miller表示。Zilker Labs公司行銷副總裁Jim MacDonald也指出,模擬電源器件仍將是電源管理市場(chǎng)的重要部分。
目前在整個(gè)市場(chǎng)中數(shù)字電源技術(shù)所占的比例還很小,不過,隨著越來越多的系統(tǒng)開發(fā)商采用這種技術(shù),數(shù)字技術(shù)似乎正在成為電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)。 Intersil的Miller認(rèn)為,模擬與數(shù)字電源解決方案會(huì)跨越不同領(lǐng)域共存,但數(shù)字電源方案會(huì)逐步普及并拿走模擬方案的市場(chǎng)份額,數(shù)字電源最終會(huì)成 為電源市場(chǎng)的重要區(qū)域。
模擬技術(shù)+DSP/MCU成為主要趨勢(shì),應(yīng)用方案向消費(fèi)領(lǐng)域滲透
更高集成度、更快瞬時(shí)響應(yīng)以及更大靈活性是數(shù)字電源的主要優(yōu)勢(shì)。通常情況下,模擬PWM架構(gòu)能夠提供較高分辨率,但無法實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制架構(gòu)所具備的輸出 電壓監(jiān)視、通信及其它復(fù)雜控制功能;而對(duì)于數(shù)字PWM,為了達(dá)到與模擬控制架構(gòu)同等的性能指標(biāo)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(gòu)相比,數(shù)字控制架構(gòu)的成本將大幅增加。綜合考慮兩者優(yōu)勢(shì),Maxim公司的Ashrafzadeh認(rèn)為,最佳方案是將模擬 PWM與數(shù)字電路相結(jié)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(shù)字控制所具有的全部性能。
在數(shù)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(yōu)缺點(diǎn)。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(zhǎng)的軟件學(xué)習(xí)過程。相對(duì)而言,DSP控制的電源采用數(shù)字濾波方式,較MCU控制的電源更能滿足復(fù) 雜的電源需求、實(shí)時(shí)反應(yīng)速度更快、電源穩(wěn)壓性能更好。當(dāng)前,TI、飛思卡爾、Silicon Labs的數(shù)字電源控制器均采用模擬技術(shù)與DSP相結(jié)合的策略。
實(shí)際上,在UPS、逆變電源和馬達(dá)控制等領(lǐng)域,很早就有采用通用DSP進(jìn)行控制。目前的數(shù)字電源芯片很多都是采用DSP或MCU針對(duì)電源應(yīng)用進(jìn)行一系 列功能和接口的優(yōu)化。例如,TI的數(shù)字電源解決方案Fusion Digital Power中用于AC/DC電源的UCD9501,就是源于其DSP產(chǎn)品TMS320。除了提供DSP控制的數(shù)字電源IC,TI還有MCU控制的數(shù)字電源 IC。
而Zilker Labs則汲取了模擬電源解決方案的高性能、高效率和速度快以及數(shù)字電源解決方案的高靈活性、可擴(kuò)展和高度可控制的優(yōu)勢(shì),開發(fā)出創(chuàng)新的混合信號(hào)電源技術(shù)。 該公司推出的第一款品牌產(chǎn)品ZL2005,就使數(shù)字電源解決方案達(dá)到了模擬電源解決方案的高效率。
評(píng)論