數(shù)字電源能否取代模擬電源？

本文主要是對數(shù)字電源和模擬電源這兩大陣營各自的存在模式以及其自身存在的優(yōu)劣勢作出簡要的分析，為之后對于這方面的選擇提供參考性的建議。

1 數(shù)字電源VS模擬電源發(fā)展趨勢

目前在整個市場中數(shù)字電源技術所占的比例正在逐步增長，不過，隨著越來越多的系統(tǒng)開發(fā)商采用這種技術，數(shù)字技術似乎正在成為電源系統(tǒng)設計的新趨勢。

模擬開關式電源已經(jīng)使用了幾十年。其設計為人們所熟知，而且有許多優(yōu)秀的教科書、仿真工具包、應用手冊和研討會。還有眾多廠商提供的大量低成本集成電路，其封裝了許多功能，從集成柵極驅(qū)動器及開關到電流感應和保護。

數(shù)字控制擁有一些模擬世界不具有的特性，其使開關式電源設計擁有迄今還不可能實現(xiàn)的功能。想想一家電源廠商有許多不同功率級的情況吧。采用數(shù)字控制解決方案，可讓一個單處理器與單獨自定義軟件一起工作以滿足每個功率級的需求。大規(guī)模生產(chǎn)時，產(chǎn)生的經(jīng)濟規(guī)模會十分巨大。

“未來的數(shù)字電源將包括某種形式的數(shù)字控制，同時也包括模擬模塊?！盌uvenhage指出。

模擬技術+DSP/MCU成為主要趨勢，應用方案向消費領域滲透更高集成度、更快瞬時響應以及更大靈活性是數(shù)字電源的主要優(yōu)勢。通常情況下，模擬PWM架構能夠提供較高分辨率，但無法實現(xiàn)數(shù)字控制架構所具備的輸出電壓監(jiān)視、通信及其它復雜控制功能;而對于數(shù)字PWM,為了達到與模擬控制架構同等的性能指標必須具備高分辨率、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相比，數(shù)字控制架構的成本將大幅增加。綜合考慮兩者優(yōu)勢，Maxim公司的Ashrafzadeh認為，最佳方案是將模擬PWM與數(shù)字電路相結合，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。

2 數(shù)字電源VS模擬電源的優(yōu)勢對比

數(shù)字開關電源正是為了克服現(xiàn)代電源的復雜性而提出的，它實現(xiàn)了數(shù)字和模擬技術的融合，提供了很強的適應性與靈活性，具備直接監(jiān)視、處理并適應系 統(tǒng)條件的能力，能夠滿足幾乎任何電源要求。數(shù)字電源還可通過遠程診斷以確保持續(xù)的系統(tǒng)可靠性，實現(xiàn)故障管理、過電壓(流)保護、自動冗余等功能。由于數(shù)字 電源的集成度很高，系統(tǒng)的復雜性并不隨功能的增加而增加過多，外圍器件很少(數(shù)字電源的快速響應能力還可以降低對輸出濾波電容的要求)，減少了占板面積， 簡化了設計制造流程。同時，數(shù)字電源的自動診斷、調(diào)節(jié)的能力使調(diào)試和維護工作變得輕松。而數(shù)字電源相對于模擬電源的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)便于高度集成化，由于數(shù)字電路采用二進制，其代碼符號儀有0和l兩種，因此在數(shù)字1電路中只要有個不同的狀態(tài)分別表示0和1就可以，所以數(shù)字電路的基本單元十分簡單，而且對元件要求也不嚴格，允許電路參數(shù)有較大的離散性，有利于將眾多的基本單元集成在同一硅片上進行批量生產(chǎn)。

(2)工作準確可靠，抗干擾能力強。數(shù)字信號是l和0來表示信號的，而數(shù)字電路辨別信號的有無是很容易做到的，從而大大提高了電路的工作可靠性。同時數(shù)字信號不易受到噪聲干擾，因此它的抗干擾能力極強。

(3)數(shù)字信息便于長期保存。借助某種媒體(磁盤、光盤等)可將數(shù)字信息長期保存下來。

(4)數(shù)字集成電路產(chǎn)品多、通用性強且成本低。

(5)保密性好，數(shù)字信息容易進行加密處理，不易被竊取。

(6)不盡能完成數(shù)值運算，還可以進行邏輯運算和判斷，這在控制系統(tǒng)中是不可缺少的。

數(shù)字電源管理芯片易于在多相以及同步信號下進行多相式并聯(lián)應用，可擴展性與重復性優(yōu)秀，輕松實現(xiàn)負載均流，減少EMI,并簡化濾波電路設 計。數(shù)字控制的靈活性能把電源組合成串聯(lián)或并聯(lián)模型，形成虛擬電源。而且，數(shù)字電源的智能化可保證在各種輸入電壓和負載點上都具有最優(yōu)的功率轉(zhuǎn)換效率。相對模擬控制技術，數(shù)字技術的獨特優(yōu)勢還包括在線可編程能力、更先進的控制算法、更好的效率優(yōu)化、更高的操作精確度和可靠性、優(yōu)秀的系統(tǒng)管 理和互聯(lián)功能。數(shù)字電源不存在模擬電源中常見的誤差、老化(包括模擬器件的精度)、溫度影響、漂移、補償?shù)葐栴}，無須調(diào)諧、可靠性好，可以獲得一致、穩(wěn)定 的控制參數(shù)。數(shù)字電源的運算特性使它更易于實現(xiàn)非線性控制(可改善電源的瞬態(tài)響應能力)和多環(huán)路控制等高級控制算法;更新固件即可實現(xiàn)新的拓撲結構和控制 算法，更改電源參數(shù)也無須變更板卡上的元器件。

數(shù)字控制還能讓硬件平臺重復使用，通過設計不同固件即可滿足各種最終系統(tǒng)的獨特要求，從而加快產(chǎn)品上市，減少開發(fā)成本、元器件庫存與風險。

3 數(shù)字電源取代模擬電源的決定因素

數(shù)字控制能解決問題，是因為它具有比模擬控制更好的性能、更靈活且在復雜的設計中更易用。然而下面總結的六個方面是決定了模擬電源被數(shù)字電源取代的主要因素。

(1)瞬態(tài)響應：控制機制極大影響了系統(tǒng)的瞬態(tài)響應。例如，與電流模式相比，磁滯控制器的瞬態(tài)響應會有很大不同。每種控制模式都既有優(yōu)點，也有缺點。數(shù)字解決方案讓你能無縫地從一種模式轉(zhuǎn)換到另一種模式，以提供最優(yōu)的瞬態(tài)響應。雖然模擬解決方案可以提供很好的點方案，但極少出現(xiàn)足夠靜態(tài)的工作狀況，讓你能實現(xiàn)所設想的點方案。