模擬電源被數(shù)字電源取代的因素分析

　　導(dǎo)讀：近幾年，使用微處理器控制開(kāi)關(guān)式電源不斷發(fā)展。在數(shù)字電源相比模擬電源 的優(yōu)點(diǎn)方面仍存在許多爭(zhēng)議，兩大陣營(yíng)你來(lái)我往、爭(zhēng)論激烈。

　　一、什么是數(shù)字電源跟模擬電源最本質(zhì)的區(qū)別

　　所謂的數(shù)字化電源的本質(zhì)在于電源對(duì)輸出電流/電壓的PWM調(diào)節(jié)是有數(shù)字芯片按照一定的數(shù)字控制方式和算法產(chǎn)生，這是數(shù)字電源的最本質(zhì)特征。那些擴(kuò)充了8位、16位單片機(jī)來(lái)提供數(shù)字輸入輸出操作界面、遠(yuǎn)程通訊接口。但是電源的PWM調(diào)節(jié)還是依賴(lài)模擬電源調(diào)制芯片的電源，只能說(shuō)它們長(zhǎng)了個(gè)數(shù)字電源的外表但卻沒(méi)有數(shù)字電源的“芯”.

　　二、數(shù)字電源和模擬電源優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比

　　由于多處理器核或小尺寸處理器對(duì)應(yīng)的I/O口對(duì)于不正確的壓差所引起的“閉鎖”現(xiàn)象非常敏感，電源的跟蹤與上電順序也非常關(guān)鍵。復(fù)雜的電路板需要多電源供電，因此對(duì)上電順序和跟蹤的要求也更加嚴(yán)格。這些功能利用模擬技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)，而數(shù)字技術(shù)則可解決這一復(fù)雜問(wèn)題，提供精確、簡(jiǎn)單的方案。

　　表1數(shù)字電源控制器的優(yōu)缺點(diǎn)

　　表2模擬電源控制器的優(yōu)缺點(diǎn)

　　高端系統(tǒng)要求近乎為零的故障時(shí)間，因此，對(duì)于冗余系統(tǒng)的監(jiān)控也十分重要，以確保系統(tǒng)可靠工作。這就需要了解產(chǎn)生電源故障的原因和過(guò)程，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)采取迅速的解決措施。用模擬技術(shù)構(gòu)建監(jiān)控電路需要很多分離元件或?qū)Ｓ秒娐?。有些系統(tǒng)由于受體積、價(jià)格及復(fù)雜度的限制，不得不簡(jiǎn)化了監(jiān)控環(huán)節(jié)，導(dǎo)致較低的系統(tǒng)可靠性。對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，提供這種系統(tǒng)檢控幾乎不需要增加系統(tǒng)成本。在數(shù)字系統(tǒng)中，用于數(shù)字引擎操作的信息采用數(shù)字格式，可以很容易地增加通信容量。

　　三、數(shù)字電源跟模擬電源的應(yīng)用

　　數(shù)字電源控制器適用于各種各樣的應(yīng)用，無(wú)需借助附加電路。從這個(gè)意義上說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)的靈活性要遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的模擬技術(shù)。

　　數(shù)字電源控制一般比模擬控制器具有更高的集成度。但是，集成度還不足以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)重用和靈活性的要求。元件數(shù)值也需要靈活可變。設(shè)想一下，一個(gè)典型模擬補(bǔ)償器的補(bǔ)償元件（電阻和電容器）被集成到控制器中，電阻和電容器的值是固定的。把這些元件集成進(jìn)來(lái)，實(shí)際上降低了控制器的靈活性，除非采取某種辦法，能夠調(diào)節(jié)元件的數(shù)值，適應(yīng)應(yīng)用的要求。例如在數(shù)字控制器里，補(bǔ)償器被集成到控制器中，補(bǔ)償參數(shù)存放在控制器存儲(chǔ)器中的數(shù)字寄存器當(dāng)中。若要改變補(bǔ)償參數(shù)，只需簡(jiǎn)單地改變寄存器里的數(shù)值。

　　數(shù)字電源控制器在易用性方面比模擬控制器更有優(yōu)勢(shì)。首先，由于數(shù)字電源控制的高集成度，需要確定、采購(gòu)、跟蹤的元器件數(shù)量要少很多，這使得數(shù)字電源控制器非常容易使用。其次，集成元件的數(shù)值由數(shù)字寄存器定義，寄存器里的數(shù)值可以很容易地通過(guò)器件的引腳或數(shù)字通信接口和圖形用戶(hù)界面進(jìn)行修改。在后面的例子還將說(shuō)明，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行配置只是點(diǎn)擊鼠標(biāo)這樣簡(jiǎn)單的事情。這要比模擬方案要容易得多，因?yàn)槟M方案還需要用電烙鐵和成箱的元器件。當(dāng)你重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化的時(shí)候，每改變一次元器件的數(shù)值，都會(huì)增加設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

　　最后，數(shù)字控制器更容易使用，因?yàn)槟憧梢杂脦讉€(gè)數(shù)字就把設(shè)計(jì)搞定，而且用數(shù)字方式進(jìn)行設(shè)計(jì)也更容易。下面的幾個(gè)例子可用來(lái)說(shuō)明這一點(diǎn)。

　　模擬電阻和電容器只有正的數(shù)值。把這些功能/數(shù)值用數(shù)字方式集成進(jìn)來(lái)，就消除了這個(gè)限制，這樣就更容易采用原先在模擬域很難采用的方案。

　　補(bǔ)償是一個(gè)非常好的例子。數(shù)字補(bǔ)償?shù)墓δ芤h(yuǎn)遠(yuǎn)多于模擬補(bǔ)償，例如高Q值電路的電壓模式控制很容易用數(shù)字控制器實(shí)現(xiàn)，但幾乎不可能用模擬控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　優(yōu)化算法以提高性能。模擬設(shè)計(jì)傾向于點(diǎn)方案，但負(fù)載、電壓源、環(huán)境條件很少是固定的。因此，可以采用優(yōu)化算法，對(duì)在這些變化條件下的性能進(jìn)行優(yōu)化。這些算法很容易在數(shù)字控制里，用嵌入式微控制器和非揮發(fā)性存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)施。

　　數(shù)字控制器中的自發(fā)現(xiàn)算法把設(shè)計(jì)者從費(fèi)時(shí)的系統(tǒng)標(biāo)識(shí)中解放出來(lái)。比如，自動(dòng)補(bǔ)償是今年發(fā)布的很多數(shù)字控制器上的新功能之一?？刂破鲿?huì)確定受控裝置的特性，并采用適合那個(gè)特定裝置的的配置。

　　由于元器件的數(shù)值、運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境條件被存儲(chǔ)在數(shù)字寄存器里，因此可進(jìn)行遙測(cè)，并且也容易使用該功能。系統(tǒng)能夠很快診斷出故障，用很短的指令改變運(yùn)行參數(shù)，使系統(tǒng)啟動(dòng)并運(yùn)行。

　　綜上所述，如果不需要額外的數(shù)字控制功能，那么模擬電源毫無(wú)疑問(wèn)就是理想選擇。反之，在有眾多嚴(yán)格調(diào)節(jié)功率級(jí)的復(fù)雜系統(tǒng)中，要求監(jiān)控、數(shù)據(jù)通信和靈活控制環(huán)路，這時(shí)數(shù)字解決方案更能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。數(shù)字控制能解決問(wèn)題，是因?yàn)樗哂斜饶M控制更好的性能、更靈活且在復(fù)雜的設(shè)計(jì)中更易用。數(shù)字控制發(fā)揮了模擬控制的優(yōu)點(diǎn)，并超越模擬控制。