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工程师观点:采用数字电源还是模拟电源?

上网日期: 2010年01月21日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:数字电源? 模拟电源?

作者:Chris Hossack 博士,德州仪器 (TI) Biricha 电源总监和 Richard Poley,TI 现场应用工程师

近几年,使用微处理器控制开关式电源不断发展。在数字电源相比模拟电源的优点方面仍存在许多争议,两大阵营你来我往、争论激烈。

实际上,每一种方法都有其自己的优点和缺点。但设计人员最终都必须做出选择,是使用模拟解决方案还是使用数字解决方案,而要做出明智的决定需要了解每种方案的优点和缺点。

模拟开关式电源已经使用了几十年。其设计为人们所熟知,而且有许多优秀的教科书、仿真工具包、应用手册和研讨会。还有众多厂商提供的大量低成本集成电路,其封装了许多功能,从集成栅极驱动器及开关到电流感应和保护。总之,无论如何数字电源都会使模拟电源多余的观点太过牵强。

数字控制拥有一些模拟世界不具有的特性,其使开关式电源设计拥有迄今还不可能实现的功能。正如工程其他方面一样,这些好处是有代价的,而是否选择使用数字解决方案必须根据这些优点是否胜过其带来的问题来决定。

一个频频被提及的数字控制优点是其允许移除控制器中的一些无源组件,从而消除了组件容差和老化问题。另外,在一些应用中这种优点更有更大的价值和深远的意义。例如,在一些多环路设计中,使用数字处理器可以将控制功能集中于一个器件中,从而实现诸如电源轨排序、裕量设置、负载共享、相位补偿以及软件实施故障预测等功能。

模块化电源设计人员拥有了更多的优势。想想一家电源厂商有许多不同功率级的情况吧。采用数字控制解决方案,可让一个单处理器与单独自定义软件一起工作以满足每个功率级的需求。大规模生产时,产生的经济规模会十分巨大。

在使用数字电源以前,当然也有一些必须要考虑的问题。数字控制器的 PCB 板级空间必须包括 MCU、晶体时钟、保护/滤波和 ADC 引脚缓冲。另外,对 PWM 精度和 ADC 动态范围也有一些限制。尽管如此,一些最新的数字电源(请访问 http://www.ti.com/piccolo)专用 MCU 产品还是可以解决多大数这些问题。

模拟工程师们担心的另一个问题是掌握这些数字设计技术所需的时间和精力。许多情况下,如 Z 转换和采样理论等概念通常自毕业那天起就没有接触过了!幸运的是,许多在线工具现在都是免费提供(http://www.biricha.com/),其自动根据一套用户频率域规范将一个模拟设计转换成离散时间当量。Biricha 还提供了为期数天的数字电源设计课程,专为那些希望掌握数字技术或者只是想温习一下长时间忽略的知识的工程师们量身定制。另外,在未来数月 Bodo Power 将不断出版一系列技术文章,旨在为广大模拟工程师们提供数字 PSU 设计方面的帮助。

综上所述,数字电源不是让模拟电源冗余的“魔法子弹”。模拟和数字电源都会存在,并将和睦相处。如果不需要额外的数字控制功能,那么模拟电源毫无疑问就是理想选择。反之,在有众多严格调节功率级的复杂系统中,要求监控、数据通信和灵活控制环路,这时数字解决方案更能发挥其应有的作用。幸运的是,数字电源控制优化微处理器的推出以及一些新型工具和培训的出现可以让广大设计人员可以为眼前的应用选择最佳的解决方案。







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