数字电源发展 已不再遥远

要点

●数字电源可以降低成本，简化你的设计，并提高精度。

●数字电源非常适用于输出余量设定及逐周期回路补偿。

●很多系统工程师并不想要或需要非线性控制或自适应补偿。

●数字电源能提高效率的声称通常无法证实。

●数字电源确有独特的性能，但也存在折衷。

最近，营销部门一直在大肆吹嘘已在学术界徘徊了几十年的数字电源，他们没有恶意，只是热情过度(图1)。现在，其中的一些夸张之词已经消逝，是时候讨论一下数字电源适合什么，其工作原理，缺点，以及它的折衷(参考文献1)。不过，尽管它有缺点，各家公司仍然开发和部署了一些器件，它们在不涉及折衷的情况下，充分利用了数字控制回路的好处。

图1，数字电源最终达到了平稳量产的阶段(Gartner集团提供)。

芯片公司对数字电源的定义是五花八门。有些公司认为，数字电源包含了围绕一个模拟PWM(脉冲宽度调制)回路的数字功能与通信链接。其它公司称，数字电源是一种内置数字PWM芯片的状态机。还有一些公司表示，数字电源包括了一个通用DSP，DSP运行着一个闭合控制回路的算法。而过去

十年来学术意义上的真正数字电源，则拥有一个数字PWM回路，并带有一个状态机或一只DSP。一只模拟PWM器件上加上一个串行总线并不能成为数字电源。不过，数字电源可以免除或消除对某些元件的要求，从而可以降低成本。

你可以为一只DSP加一个FET驱动芯片和一些代码，以控制涡轮风机的扇叶角度和变频器，基本上这就是简单的数字电源了。例如，德州仪器公司十多年前就开始为其DSP提供电源库。该公司现在生产多个系列基于DSP的电源芯片(图2)。CamSemi公司尝试减少器件数，提供5WC2161PX2ac/dc控制器，它采用反馈变压器上的一个检测绕组，而不是昂贵的光耦(参考文献2与图3)。数字电源不用二极管来检测反馈波形，当检测绕组的反馈信号为负值，以及不表示次级的输出电压时，就消除这个信号。至于降低成本，Exar公司制造了16A的XRP7740数字电源芯片，可为机顶盒或数据服务器提供多个电源轨(图4)。Exar公司拥有芯片方面的很多专利，包括将一小块片芯区域用于一个实用的控制回路(参考文献3)。这样，Exar公司的芯片定价就能与模拟芯片竞争。

图2，你可以编译德州仪器公司任何DSP的数字电源库，或用一只该公司专用芯片，做出数字电源系统。TI还制造采用状态机的数字电源芯片。