TI工程師現(xiàn)身說法：采用數(shù)字電源還是模擬電源？

近幾年，使用微處理器控制開關(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，兩大陣營你來我往、爭(zhēng)論激烈。

實(shí)際上，每一種方法都有其自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。但設(shè)計(jì)人員最終都必須做出選擇，是使用模擬解決方案還是使用數(shù)字解決方案，而要做出明智的決定需要了解每種方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

模擬開關(guān)式電源已經(jīng)使用了幾十年。其設(shè)計(jì)為人們所熟知，而且有許多優(yōu)秀的教科書、仿真工具包、應(yīng)用手冊(cè)和研討會(huì)。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(dòng)器及開關(guān)到電流感應(yīng)和保護(hù)。總之，無論如何數(shù)字電源都會(huì)使模擬電源多余的觀點(diǎn)太過牽強(qiáng)。

數(shù)字控制擁有一些模擬世界不具有的特性，其使開關(guān)式電源設(shè)計(jì)擁有迄今還不可能實(shí)現(xiàn)的功能。正如工程其他方面一樣，這些好處是有代價(jià)的，而是否選擇使用數(shù)字解決方案必須根據(jù)這些優(yōu)點(diǎn)是否勝過其帶來的問題來決定。

一個(gè)頻頻被提及的數(shù)字控制優(yōu)點(diǎn)是其允許移除控制器中的一些無源組件，從而消除了組件容差和老化問題。另外，在一些應(yīng)用中這種優(yōu)點(diǎn)更有更大的價(jià)值和深遠(yuǎn)的意義。例如，在一些多環(huán)路設(shè)計(jì)中，使用數(shù)字處理器可以將控制功能集中于一個(gè)器件中，從而實(shí)現(xiàn)諸如電源軌排序、裕量設(shè)置、負(fù)載共享、相位補(bǔ)償以及軟件實(shí)施故障預(yù)測(cè)等功能。

模塊化電源設(shè)計(jì)人員擁有了更多的優(yōu)勢(shì)。想想一家電源廠商有許多不同功率級(jí)的情況吧。采用數(shù)字控制解決方案，可讓一個(gè)單處理器與單獨(dú)自定義軟件一起工作以滿足每個(gè)功率級(jí)的需求。大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)規(guī)模會(huì)十分巨大。

在使用數(shù)字電源以前，當(dāng)然也有一些必須要考慮的問題。數(shù)字控制器的 PCB 板級(jí)空間必須包括 MCU、晶體時(shí)鐘、保護(hù)/濾波和 ADC 引腳緩沖。另外，對(duì) PWM 精度和 ADC 動(dòng)態(tài)范圍也有一些限制。盡管如此，一些最新的數(shù)字電源專用 MCU 產(chǎn)品還是可以解決多大數(shù)這些問題。

模擬工程師們擔(dān)心的另一個(gè)問題是掌握這些數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)所需的時(shí)間和精力。許多情況下，如 Z 轉(zhuǎn)換和采樣理論等概念通常自畢業(yè)那天起就沒有接觸過了！幸運(yùn)的是，許多在線工具現(xiàn)在都是免費(fèi)提供，其自動(dòng)根據(jù)一套用戶頻率域規(guī)范將一個(gè)模擬設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間當(dāng)量。Biricha 還提供了為期數(shù)天的數(shù)字電源設(shè)計(jì)課程，專為那些希望掌握數(shù)字技術(shù)或者只是想溫習(xí)一下長時(shí)間忽略的知識(shí)的工程師們量身定制。另外，在未來數(shù)月 Bodo Power 將不斷出版一系列技術(shù)文章，旨在為廣大模擬工程師們提供數(shù)字 PSU 設(shè)計(jì)方面的幫助。

綜上所述，數(shù)字電源不是讓模擬電源冗余的“魔法子彈”。模擬和數(shù)字電源都會(huì)存在，并將和睦相處。如果不需要額外的數(shù)字控制功能，那么模擬電源毫無疑問就是理想選擇。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。幸運(yùn)的是，數(shù)字電源控制優(yōu)化微處理器的推出以及一些新型工具和培訓(xùn)的出現(xiàn)可以讓廣大設(shè)計(jì)人員可以為眼前的應(yīng)用選擇最佳的解決方案。