电源系统的数字化时代

目前音频、视频、影像、通信、网络等领域都逐步实现了数字化，这股浪潮也波及到以模拟技术为主导的电源系统领域，数字电源开始受到业界关注，一些老牌半导体厂商以及新兴的IC供应商率先投入到这个新的竞技场。TI、Microchip、ZilkerLabs、iWatt、SiliconLabs等公司纷纷推出各自的数字电源产品。此外，一些市场调研机构也对数字电源的前景表示乐观，据Darnell的数据显示，2006年全球数字电源芯片市场为1.69亿美元，预计2010年将达到7.96亿美元，年复合上升率为36.4%。

关于数字电源这个新生事物，业界不仅有热情的掌声，同时也不乏质疑的声音：电源系统真的要数字控制吗?为何要采用数字电源管理?模拟阵营的拥戴者认为，与数字方法相比，模拟设计的成本更低，现代的模拟实现方法实际上表现更为出色。

事实上，数字与模拟这两种技术并非针锋相对，很多情况下二者甚至是互补的。在电源设计领域，模拟技术的优势依然存在，而数字技术的价值也会根据不同的电源应用而有所差异，例如，简单的可通过业界标准协议(如pMBus)实现控制与配置;复杂的可借助引擎处理能力，采用结构化的动态工作模式提高电源可靠性及效率。

通过取长补短、恰当结合这两种核心技术，电源解决方法会更加优化、丰富。TI公司亚太区电源产品技术总监严宗福就表示：借助数字电源解决方法，TI扩展了电源管理产品系列。我们认为模拟与数字电源管理解决方法将在今后多年内长期共存。美国国家半导体亚太区电源管理产品市场总监黄汉基也指出：未来几年内模拟控制与数字控制这两种不同的技术将会在市场上各据一方。

数字电源vs.模拟电源

数字电源与模拟电源的差别重要集中在控制与通信部分。在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品可能更具优势;而在可控因素较多、实时反应速度更快、要多个模拟系统电源管理的复杂高性能系统应用中，数字电源则具有更大的优势。例如数据(服务器、存储和UpS)、通信(3G基站、路由器)、高端工业设备、测试测量设备、医疗设备等。

图1：数字、模拟各有优势，或许混合信号电源方法是最佳选择

在发展初期，数字电源方法难以达到模拟设计的高效率，而现在已有一些数字方法能够达到甚至超越模拟方法的效率，并且易于使用。数字电源技术采用智能方法优化系统效率，数字控制供应了无需额外电路便可管理及监控系统内所有电源的能力。当电子系统日益复杂时，数字电源技术将会成为一种重要的工具，帮助系统设计人员优化系统性能。

在电源领域，数字集成显然是个趋势，不过并非所有的电源技术都会向这种趋势发展。Microchip公司安全、微控制器和技术开发部产品行销经理FanieDuvenhage表示，电源市场具有多样性，解决方法也各有不同，数字电源也不例外。未来的数字电源将包括某种形式的数字控制，同时也包括模拟模块。Duvenhage指出。

对此，Maxim公司业务经理AhmadAshrafzadeh也有同感，他认为，数字电源不可能在所有应用领域替代模拟电源，数字电源所能供应的特性并不是所有应用都必须具备的，而且关于一些成本敏感的应用或特殊的消费类产品，这些性能可能还是多余的。目前数字电源最适于服务器、网络交换机、路由器等要求可靠监控的产品及基础架构设备。

Intersil公司应用工程总监GregMiller也认为数字电源管理是通信/工业领域最重要的电源技术趋势。不过，他不同意一些人提出的数字控制理论。在数字IC与电源管理IC的接口部分采用数字电路能提升效率，但是在电源管理IC内部我们不赞成采用数字控制，我们认为模拟控制能实现更小的芯片尺寸和功耗。Miller表示。ZilkerLabs公司行销副总裁JimMacDonald也指出，模拟电源器件仍将是电源管理市场的重要部分。

目前在整个市场中数字电源技术所占的比例还很小，不过，随着越来越多的系统开发商采用这种技术，数字技术似乎正在成为电源系统设计的新趋势。Intersil的Miller认为，模拟与数字电源解决方法会跨越不同领域共存，但数字电源方法会逐步普及并拿走模拟方法的市场份额，数字电源最终会成为电源市场的重要区域。

模拟技术+DSp/MCU成为重要趋势，应用方法向消费领域渗透

更高集成度、更快瞬时响应以及更大灵活性是数字电源的重要优势。通常情况下，模拟pWM架构能够供应较高分辨率，但无法实现数字控制架构所具备的输出电压监视、通信及其它复杂控制功能;而关于数字pWM，为了达到与模拟控制架构同等的性能指标必须具备高分辨率、高速和线性ADC，以及高分辨率、高速pWM电路，因而与模拟控制架构相比，数字控制架构的成本将大幅新增。综合考虑两者优势，Maxim公司的Ashrafzadeh认为，最佳方法是将模拟pWM与数字电路相结合，在不牺牲模拟控制所具备的精度和无限分辨率的情况下，供应数字控制所具有的全部性能。

在数字控制器方面，目前的方法分为固定功能硬件和DSp两大类，两者各有优缺点。固定功能的硬件解决方法体积小、速度快、成本低，但是缺乏灵活性;DSp方法灵活性高，但是体积大、成本高、速度慢，要很长的软件学习过程。相对而言，DSp控制的电源采用数字滤波方式，较MCU控制的电源更能满足复杂的电源需求、实时反应速度更快、电源稳压性能更好。当前，TI、飞思卡尔、SiliconLabs的数字电源控制器均采用模拟技术与DSp相结合的策略。

实际上，在UpS、逆变电源和马达控制等领域，很早就有采用通用DSp进行控制。目前的数字电源芯片很多都是采用DSp或MCU针对电源应用进行一系列功能和接口的优化。例如，TI的数字电源解决方法FusionDigitalpower中用于AC/DC电源的UCD9501，就是源于其DSp产品TMS320。除了供应DSp控制的数字电源IC，TI还有MCU控制的数字电源IC。

而ZilkerLabs则汲取了模拟电源解决方法的高性能、高效率和速度快以及数字电源解决方法的高灵活性、可扩展和高度可控制的优势，开发出创新的混合信号电源技术。该公司推出的第一款品牌产品ZL2005，就使数字电源解决方法达到了模拟电源解决方法的高效率。