電源系統(tǒng)的數(shù)字化時代

此外，美國國家半導體的幾款電源管理芯片如LM3370、LP3957及PowerWise電源管理單元LP5550也都將適當比例的模擬及數(shù)字電路 集成一起，以幫助客戶提高產品價值。“內建高效能數(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系統(tǒng)廣泛采用。”該公司 亞太區(qū)電源管理產品市場總監(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也認為：“數(shù)字電源解決方案所需的元件遠少于模擬解決方案，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，為滿足復雜的電源系統(tǒng)需求，數(shù)字電源已經開始應用在移動通信設備、白色家電、車載設備、便攜式娛樂設備等系統(tǒng) 中。如果方案成本能夠進一步下降，那么對于其他消費電子領域，數(shù)字電源同樣具有應用潛力。“隨著工藝的改進和技術演進，未來我們會把數(shù)字電源 產品推向消費電子領域。”Zilker Labs公司的MacDonald表示。

設計人員面臨數(shù)字化挑戰(zhàn), 應用普及尚待時日

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

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

其次，認為數(shù)字電源需要高端DSP才能實現(xiàn)的這種看法也阻礙了數(shù)字控制技術在電源領域的發(fā)展。“數(shù)字電源方案不僅僅適于高端和復雜的應 用，小型的微控制器，例如Microchip的PIC10F系列，價格很低并能增強(或簡化)一些基礎電源的模擬設計。”Microchip 公司產品行銷經理Duvenhage介紹。

第三個主要挑戰(zhàn)是軟件設計。Zilker Labs公司的MacDonald認為，數(shù)字電源技術給電源系統(tǒng)設計人員帶來的挑戰(zhàn)是需要學習新的電源設計方法。基于DSP和處理器的數(shù)字電源IC迫使電 源設計人員不得不學習新的軟件技術，從而產生了為采用數(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產品，“這些產品使電源設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)輕松修改任何預配置設置的方式，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)字電源設計門檻，TI數(shù)字產品還將配套提供用戶友好型固件與GUI，以幫助設計人員開發(fā)數(shù)字電源解決方案，并專門開設了一個數(shù)字電源的網頁，為工程師提供參考設計，其中包括軟件和硬件，以縮短數(shù)字電源產品的開發(fā)周期。

“大多數(shù)對數(shù)字電源感興趣的設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芯片來實現(xiàn)一個數(shù)字可編程電源。這對于不愿意放棄以往設計而冒險設計全新架構的工程師和 系統(tǒng)設計師來說，帶來極大的便利。

不過，Microchip公司的Duvenhage認為，盡管有很多GUI可作為設計基礎，但重要的是工程師要學習微控制器的基本操作，以確保能夠理 解和調試數(shù)字設計的內部構件。為此Microchip網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，這些產品都帶有傳統(tǒng)的模擬控制回路和全數(shù) 字回路，為設計人員提供便利條件。

電源設計人員希望數(shù)字電源技術能提供靈活性極高的電源控制IC，這種IC可輕松配置，適于多種應用，而且設計人員無需學習新的編程語言或放棄先前已習 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)設計人員不會造成困難。”而TI也推出不需 軟件編程的負載點系統(tǒng)數(shù)字電源控制器，其負載點數(shù)字電源管理功能支持電信和數(shù)據(jù)業(yè)務的應用。

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