電源系統(tǒng)的數(shù)字化時代

此外，美國國家半導(dǎo)體的幾款電源管理芯片如LM3370、LP3957及PowerWise電源管理單元LP5550也都將適當(dāng)比例的模擬及數(shù)字電路 集成一起，以幫助客戶提高產(chǎn)品價值。“內(nèi)建高效能數(shù)字控制電路的高集成度模擬電源管理芯片將會被電源供應(yīng)系統(tǒng)廣泛采用。”該公司 亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場總監(jiān)黃漢基指出。

目前大多數(shù)數(shù)字電源方案在價格方面略高于模擬方案，因而現(xiàn)階段數(shù)字電源被認(rèn)為更適合于高端系統(tǒng)，而且高端系統(tǒng)能夠更好地利用數(shù)字電源的特性。 “不過，這種價格差距正在逐漸縮小。”Intersil公司的Miller表示，在一些需要電源管理的應(yīng)用中，數(shù)字電源解決方案 的成本并不高于傳統(tǒng)模擬解決方案。

Zilker Labs公司的MacDonald也認(rèn)為：“數(shù)字電源解決方案所需的元件遠(yuǎn)少于模擬解決方案，它免除了對電壓邊限與監(jiān)控元件、排序/跟蹤 IC 或溫度傳感器的需要。因此與全模擬解決方案相比，數(shù)字電源解決方案的體積更小、成本更低。”

高集成度和靈活性是數(shù)字電源的主要特點(diǎn)，為滿足復(fù)雜的電源系統(tǒng)需求，數(shù)字電源已經(jīng)開始應(yīng)用在移動通信設(shè)備、白色家電、車載設(shè)備、便攜式娛樂設(shè)備等系統(tǒng) 中。如果方案成本能夠進(jìn)一步下降，那么對于其他消費(fèi)電子領(lǐng)域，數(shù)字電源同樣具有應(yīng)用潛力。“隨著工藝的改進(jìn)和技術(shù)演進(jìn)，未來我們會把數(shù)字電源 產(chǎn)品推向消費(fèi)電子領(lǐng)域。”Zilker Labs公司的MacDonald表示。

設(shè)計人員面臨數(shù)字化挑戰(zhàn), 應(yīng)用普及尚待時日

數(shù)字電源技術(shù)為電源設(shè)計開辟了新的技術(shù)領(lǐng)域。軟件、工具、電源通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化以及控制器解決方案的性價比等都將影響數(shù)字電源技術(shù)的推廣速度。具體而言，目前數(shù)字電源的應(yīng)用普及還存在以下挑戰(zhàn)。

首先是標(biāo)準(zhǔn)化問題。通信總線與接口的標(biāo)準(zhǔn)化、可編程平臺的標(biāo)準(zhǔn)化、以及內(nèi)核與周邊器件協(xié)議管理的標(biāo)準(zhǔn)化是數(shù)字電源管理實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用的主要挑戰(zhàn)之一。

其次，認(rèn)為數(shù)字電源需要高端DSP才能實(shí)現(xiàn)的這種看法也阻礙了數(shù)字控制技術(shù)在電源領(lǐng)域的發(fā)展。“數(shù)字電源方案不僅僅適于高端和復(fù)雜的應(yīng) 用，小型的微控制器，例如Microchip的PIC10F系列，價格很低并能增強(qiáng)(或簡化)一些基礎(chǔ)電源的模擬設(shè)計。”Microchip 公司產(chǎn)品行銷經(jīng)理Duvenhage介紹。

第三個主要挑戰(zhàn)是軟件設(shè)計。Zilker Labs公司的MacDonald認(rèn)為，數(shù)字電源技術(shù)給電源系統(tǒng)設(shè)計人員帶來的挑戰(zhàn)是需要學(xué)習(xí)新的電源設(shè)計方法。基于DSP和處理器的數(shù)字電源IC迫使電 源設(shè)計人員不得不學(xué)習(xí)新的軟件技術(shù)，從而產(chǎn)生了為采用數(shù)字電源控制優(yōu)勢而必須克服的巨大障礙。針對這種情況，Zilker Labs開發(fā)出Digital-DC產(chǎn)品，“這些產(chǎn)品使電源設(shè)計人員能夠按照他們過去的方式配置電源IC，并提供可利用簡單圖形用戶接口 (GUI)輕松修改任何預(yù)配置設(shè)置的方式，因此能使他們利用數(shù)字電源控制的所有優(yōu)勢。”MacDonald表示。

此外，TI也正在采取一些措施來降低數(shù)字電源設(shè)計門檻，TI數(shù)字產(chǎn)品還將配套提供用戶友好型固件與GUI，以幫助設(shè)計人員開發(fā)數(shù)字電源解決方案，并專門開設(shè)了一個數(shù)字電源的網(wǎng)頁，為工程師提供參考設(shè)計，其中包括軟件和硬件，以縮短數(shù)字電源產(chǎn)品的開發(fā)周期。

“大多數(shù)對數(shù)字電源感興趣的設(shè)計者期待的是控制輸出電壓的能力;跟蹤、定序以及獲取元件的反饋;用這些診斷功能跟蹤整個系統(tǒng)的完好狀況。 ”Maxim的Ashrafzadeh說道。為此，Maxim提供免費(fèi)GUI，用于控制MAX8688。不需要數(shù)字控制理論或者如何編寫軟件 /固件的知識，任何工程師可以使用這個GUI軟件和MAX8688芯片來實(shí)現(xiàn)一個數(shù)字可編程電源。這對于不愿意放棄以往設(shè)計而冒險設(shè)計全新架構(gòu)的工程師和 系統(tǒng)設(shè)計師來說，帶來極大的便利。

不過，Microchip公司的Duvenhage認(rèn)為，盡管有很多GUI可作為設(shè)計基礎(chǔ)，但重要的是工程師要學(xué)習(xí)微控制器的基本操作，以確保能夠理 解和調(diào)試數(shù)字設(shè)計的內(nèi)部構(gòu)件。為此Microchip網(wǎng)站開辦一個新的電源中心來為使用數(shù)字以及模擬回路的模擬電源設(shè)計者提供幫助。Intersil公司 的Miller也表示，Intersil將開發(fā)出易用的軟件GUI以及各種帶有PMBus接口的PWM控制IC，這些產(chǎn)品都帶有傳統(tǒng)的模擬控制回路和全數(shù) 字回路，為設(shè)計人員提供便利條件。

電源設(shè)計人員希望數(shù)字電源技術(shù)能提供靈活性極高的電源控制IC，這種IC可輕松配置，適于多種應(yīng)用，而且設(shè)計人員無需學(xué)習(xí)新的編程語言或放棄先前已習(xí) 慣的相同性能及可靠性。對此，iWatt公司行銷副總裁Doyle Slack表示：“我們的產(chǎn)品集成了數(shù)字控制算法，無需控制器編程，因而對于電源系統(tǒng)設(shè)計人員不會造成困難。”而TI也推出不需 軟件編程的負(fù)載點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)字電源控制器，其負(fù)載點(diǎn)數(shù)字電源管理功能支持電信和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用。

和其他新興技術(shù)的發(fā)展軌跡相似，在數(shù)字電源技術(shù)的普及過程中，初期該技術(shù)會首先應(yīng)用于一些高端市場當(dāng)中，當(dāng)工程師對這項技術(shù)逐步熟悉之后，就會將其更 多地用于消費(fèi)類產(chǎn)品中。在開發(fā)具有更高性能的新設(shè)備時，設(shè)計人員會遇到與目前高端應(yīng)用相似的電源管理問題，隨著系統(tǒng)愈加復(fù)雜，數(shù)字電源也將得到更加廣泛的 應(yīng)用。