跟着工程师们对数字电源这项技能及其优势的熟知，林林总总的数字电源的开展势头日益微弱。电源体系和电源规划人员现已意识到，布置数字电源并不是对现有技能进行革命性改动的全新规划。因为现在商场上数字电源器材品种繁复，规划人员可以当即运用其巨大优势，运用到任一规划项目。可以于此取得极有价值而且恰当丰厚的收益。
数字电源尺度和本钱概述
数字电源运用混合信号处理开发的开展演进。混合信号处理一起满意了数字电路与模仿电路的需求。数字电路的规模很广，其间包含微处理器、状况机以及通讯外设和简略逻辑电路。存储器也包含在这个部分中。模仿电路可以包含运算放大器和比较器、模数转化器 (ADC)、数模转化器 (DAC) 脉宽调制器 (PWM) 产生器和基准，以及更多其它器材。对这一处理技能的充分运用能让这些器材优化模仿与数字电路的分配，一起又将这些器材集成在一个芯片上。经过削减物料清单 (BOM) 本钱和器材数量可以下降体系本钱，而且因为体系中所包含的互连组件削减，体系会愈加牢靠。因为一个操控器有或许服务于许多解决方案，制造商需求盯梢和储藏的最小库存单位 (SKU) 更少。
举个比如，集成一个多用途微操控器 (MCU) 既可以履行必定规模的电源相关功用，可以免除了关于其它独立操控芯片的需求。可认为集成型MCU设定许多电源办理特性，比如过压、欠压、过流条件和其它功用。依据数字MCU处理才能的不同，数字电源器材可被设定为包含多种电源转化特性，比如简略到杂乱拓扑支撑、自适应环路补偿、针对峰值电流形式操控的斜坡补偿、均流以及温度补偿。别的一个比如便是供给功率因数校对 (PFC)，与此一起履行电子外表计量功用。经过供给多种数字电源器材，规划人员可认为运用挑选最适合的功用，而无需忧虑其他无用的功用构成的担负。
电源拓扑灵敏性
数字技能所固有的灵敏性，使得特有集成数字MCU或可装备状况机的数字电源器材可成为一个支撑一切首要传统电源拓扑的渠道，这个渠道也支撑任何有或许呈现的全新且愈加精细的拓扑。所支撑拓扑将包含相移全桥、多相交织PFC、无桥PFC、共振LLC、双向DC/DC、双向DC/AC和PFC、三相逆变器、最大功率点盯梢 (MPPT) DC/DC和其它拓扑。因为这一灵敏性和集成外设，经过运用高分辨率相位、频率和占空比操控算法，数字电源器材可以供给准确波形操控。
功率
高档操控算法使得数字电源器材可以进步电源和体系的成效，然后削减了电源和主机体系的能耗。这对数据中心、海量存储体系等许多运用的运转本钱都有明显的影响。自适应数字操控可以完结快速调理，以改动线路和负载状况，然后优化电源和体系功率。例如，关于更高效的电力传输，可以实时改动功率级的操控办法，或许对电源转化进行调理，以削减其在轻负载或无负载条件下的功耗。
牢靠性和安全性
数字电源器材可以轻松完结与体系中其它数字和模仿组件的交互，这意味它们可以经过履行体系级监督和毛病呼应来有用地进步主机体系的牢靠性和安全性。实践上，数字操控器的可编程特点使得它们可以支撑多种总线(比如PMBus、I2C、SCI、SPI、CAN和其它类型的总线)上的多协议通讯，这样的话，体系可以轻松地与电源子体系通讯。经过监督和记载整个体系中的数据，数字电源技能有助于体系确诊，供给前期毛病和过错报警，体系也就可以采纳恰当的应对操作。
宽带隙 (WBG) 兼容性
与其比及那些可以满意WBG器材新功用的全新模仿操控器被开发出来，还不如现在就运用某些数字电源解决方案。在供给极高分辨率守时操控的一起，兼有数字电源对一切电源拓扑的支撑才能，比如氮化镓 (GaN) 的全新器材可被用于具有较高开关频率、较低开关损耗、更大功率密度和零反向恢复的高档拓扑中。
TI的数字电源立异
德州仪器 (TI) 的数字电源技能产品组合是现在业界最全面的产品库。尽管其他供货商或许能为此职业的一个或数个细分商场供给专业的数字电源解决方案，TI广泛的数字电源立异组合却可以满意任何或许的规划需求。
总的说来，数字电源技能在许多运用中都适用，从相对简略的功用到最杂乱的电源办理使命。数字电源商场通常被细分为4个不同的器材类型，每一类器材均有其本身的优势和解决方案。这些器材为： 数字电源操控器;具有数字接口的模仿电源稳压器;数字电源排序器;数字热插拔操控器。接下来将解说每个产品类别，并谈一谈TI数字电源产品库中的一些器材。
数字电源操控器
数字电源操控器调理不同类型电源的输出，从AC/DC到DC/AC电源、阻隔式DC/DC、负载点 (POL) 稳压器、功率调理器和滤波器，以及其它器材。因为它们所具有的集成MCU和电源专用外设，数字电源操控器具有一起履行环路补偿和办理反应环路所需的核算才能，以坚持正确的输出稳压或调理，以及履行其它体系级监督和稳压使命的才能。这些器材配备有针对电源办理运用进行优化的外设。
TI的数字电源操控器有一些职业界绝无仅有的功用。例如，它们的高频和高分辨率运转使得它们与GaN技能兼容，然后供给高开关速度和低功率损耗。此外，TI一切的数字电源操控器特有超卓的瞬态呼应和动态功用。这些功用由不同的技能完结。在某些状况下，数字电源操控器针对极快速中止而规划，这就削减了操控环路采样与呼应核算之间的推迟。在其它状况下，运用集成有专用ADC和核算引擎的外设来供给针对操控环路的快速呼应。通常状况下，这些快速呼应才能使得操控器可以削减功率级组件间的差异所带来的影响。
集成在TI数字电源操控器中的MCU可编程性使得它们彻底可装备而且可以操控杂乱拓扑，以及比如双向、多相重排序和相位校对、自适应死区时刻操控以及其它运转形式。此外，经过装备这些操控器能在包含PMBus在内的多种总线上支撑体系级监督、外表计量和通讯。这可完结比如在线确诊和陈述、现场功耗数据收集等精细电源办理进程，以优化规划，而且可以经过数字接口把新参数写入操控器。正因如此，可选用多种拓扑来监督操控环路。实践上，经过运用操控器的数字补偿，可以彻底避免履行具有外部组件的操控环路。操控器所履行的监督和数据记载也可构成前期毛病报警的根底，这也反过来使体系可以采纳办法来削减这些毛病的影响。
C2000 TM微操控器
规划灵敏性与开发的简便性使得TI C2000 MCU成为广泛运用中许多电源体系规划的核心部件。凭借于高档C言语的彻底可编程性以及可容易更改的装备变量，C2000 MCU现已显现出其强壮功用，它们可以组成许多渠道架构的根底，可以很方便地将这些架构调整为满意特定的规划需求，其间也包含最高档的电源拓扑。高度可装备的PWM和ADC组合使得C2000 MCU可以支撑最精细的电源操控功用。C言语中供给的模块化软件库加速了体系级运用的直观开发。TI的C2000实时C28x处理内核具有高达200MHz的处理才能，以支撑最精细的电源体系。除了其首要的处理内核，C2000 MCU还特有根据RISC的操控律加速器 (CLA) 实时协处理器，它的速度处理才能也高达200MHz。这两个彻底不同的处理资源可完结处理负载的有用区分，CLA可以承当操控环路处理和其它实时使命，减轻主内核处理这些使命的担负，然后主核可以专门进行通讯协议处理或额定的操控环路操控的内务处理使命。这样整个电源体系就会愈加有用，呼应速度更快。运用多达12对高速、高分辨率PWM(分辨率额定值150ps)等许多资源，C2000 MCU可以驱动高开关频率以及许多相位或电源轨，一起又减小了规划尺度。集成高速ADC的处理速度高达4MSPS，分辨率高达16位。C2000 MCU还支撑最常见的实时通讯协议，其间包含I2C、SCI、SPI、CAN和PMBus。
经过将精细操控架构所需的悉数资源集成到一个轻松可编程、可装备器材内，C2000 MCU在减小尺度和下降本钱的一起，也下降了体系其余部分的硬件杂乱度。与多个PWM事情同步的高分辨率ADC和DAC可完结广泛的操控，包含斜坡补偿电路在内的片上功用性支撑峰值电流形式和其它精细操控机制。比如比较器和来自多个来历的触发区输入的数个集成资源可完结对功率级的多种维护功用，其间包含过压、欠压和过流维护。多个片上时钟供给的冗余功用可经过时钟源的备份来进步电源体系的牢靠性。实践上，C2000 MCU特有一个3时钟维护体系装备，其间的一个时钟在另一个时钟产生毛病时主动切换至备用时钟。
开发东西
开发人员将C2000 MCU运用到数字电源体系的规划之中，然后可以充分运用许多的软件与硬件，简化了开发流程，那些不甚了解数字电源组件的工程师们也可以很快上手。。经过充分运用TI的PowerSUITETM图形软件东西(controlSUITETM软件包的一部分)，规划人员可以快速晋级和完结一个开发项目。凭借经彻底测验软件模块(针对比如PFC、AC/DC整流、阻隔式DC/DC、DC/DC降压转化器和DC/AC变换器运用)的TI数字电源库，规划人员可以快速选用其间一个powerSUITE运用专用软件模块来满意他们体系的特定需求。不必再从头为全新体系编写代码。powerSUITE软件频率呼应剖析器 (SFRA) 使规划的频率呼应剖析主动化，而powerSUITE补偿规划东西可完结不同类型比较器的开发，以优化闭环功用。此外，TI的Code Composer StudioTM集成开发环境 (IDE) 支撑任何所需的其它软件开发。
一款运用专用评价模块 (EVM) 主机和开发板也加速了原型机规划和试验进程。这些立异性EVM的一个风趣示例便是数字电源BoosterPack，C2000 PiccoloTM F28069 LaunchPad开发套件的刺进式子板。图1中显现的BoosterPack包含一个数字降压转化器和东西，这些东西引入了数字电源操控概念，而且简化了数字电源操控子体系的实践规划。
图1.数字功率BoosterPack，一款针对C2000 Piccolo F28069 LaunchPad开发套件的刺进式子板
运用
由C2000 MCU操控的电源体系为许多最杂乱的电源运用供给灵敏性、处理才能和片上资源。这些运用包含针对太阳能运用的微型逆变器、串式逆变器和集中式逆变器，用于智能电网的电力线通讯调制解调器，针对电动和混合动力车辆充电体系的轿车运用，发光二极管 (LED) 照明，功率调理器，有源电力滤波器，UPS，数字发电机以及许多其它器材。
用例剖析
服务器体系供给了许多的示例，表明晰C2000 MCU的强壮功用是怎么进步运用的功率和有用性。经过集成在服务器的机架内，根据C2000 MCU的电力体系可以在操控机架内一切服务器电力分配的一起，亲近监督和陈述这个机架内每个刀片式服务的运转状况。经过运用C2000 MCU，可以改善整个服务器电源接通时刻和功率。
UCD3138 数字电源操控器
UCD3138数字电源操控器系列首要用于简化和进步电源规划，并最大极限地添加规划灵敏性。UCD3138操控器包含多个硬件外设，这些外设可以与集成型ARM处理器协同作业。传统的根据MCU的解决方案要求快速、杂乱的核算来安稳操控环路，但UCD3138处理器从不直接参与操控环路补偿。反之，一旦装备完结，多个硬件外设自主运转来操控电源转化器。这个办法使得UCD3138处理器可以专心于处理其它对时刻要求严厉的内务和/或通讯使命。当需求添加时，ARM处理器彻底可以与操控环路进行交互并采纳相应的操作。凭借于UCD3138操控器，在与MCU坚持协调一致的前提下，经过使硬件外设自主运转，可简化总体规划。
UCD3138操控器的内核是数字操控环路外设，也被称为数字电源外设 (DPP)。每个DPP履行一个高速数字操控环路，此环路由一个专用高速2MHz差错模数转化器 (EADC)、一个根据份额-积分-微分 (PID) 的2极/2零数字比较器和具有250ps脉宽分辨率的数字PWM输出组成。在这个经简化的装备中，每个环路均具有一个专用ADC和可装备数字滤波器来核算操控值。然后，这一操控值被转化为高分辨率数字输出，以支撑PWM、脉冲频率调制 (PFM) 或相移调制体系装备。供给的3组外设在装备完结后自主运转，并一起操控3个独立的反应环路。可装备数字滤波器具有多组系数，可针对不同的功率呼应需求进行挑选。
这个器材系列的架构的简略性还体现在固件开发方面。DPP的装备简略直接，将位值分配给特定预先界说的寄存器即可完结。UCD3138操控器不需求杂乱的代码开发来接连核算杂乱的数学转化函数。某些数字电源规划需求工程师进行许多繁琐的操练，为不同的使命拆分和分配核算资源，以验证所挑选的MCU足以满意运用的需求。UCD3138操控器系列用其精简的处理器开支需求打消了这些顾忌，然后得到一个针对电源运用进行杰出优化的器材。
UCD3138器材可经过比如PMBus或其它的数字通讯接口进行设定。这些资源现已针对高功用电源规划进行了优化，而且其间的许多资源是高度可装备的，可以满意广泛的需求，这使得UCD3138系列成为许多职业运用的抱负挑选，包含网络根底设施、工业和轿车运用等。
因为是一款高度集成的数字电源操控器，UCD3138器材免除了关于电源规划中单个芯片的需求，然后下降了电源本钱并减小了电源尺度。UCD3138操控器系列特有集成电源办理和电力转化才能，可以支撑排序、软发动/中止等功用以及其它办理使命。PMBus的一切指令以及定制指令被支撑用于有用电源办理功用。峰值电流形式操控由集成斜坡补偿电路完结。UCD3138操控器系列集成了几个模仿功用，以供给实时监督和呼应。这一功用区分优化了数字操控器材的速度和功率需求。这些特性供给包含过压、欠压和过流维护等维护功用。一个集成型温度折返特性在功率级温度超越安全水平常，可在无需彻底封闭电源的状况下削减电流。MCU还能供给许多其他服务，典型例子便是支撑运转中的固件晋级。这是指在将电源固件晋级和指定到一个更新版别的一起无需中止电源运转 [1]。UCD3138064($5.5012)器材选用一种双组存储器架构，在对其间一组存储器编程的一起，支撑别的一组存储器的履行。凭借由专用外设办理的要害电源操控和维护功用，MCU可以将其带宽专门用于将新的固件导入至冗余段，验证写入的有用性，然后完结之前固件版别到较新版别的当令切换。
开发东西
TI的交融数字电源规划东西 (Fusion Digital Power Designer) 供给一个具有直观图形化用户界面 (GUI) 的高效开发环境。Fusion GUI可以装备一个UCD器材的一般作业特性并监督其功用。它由一个通用串行总线 (USB) 适配器，经过PMBus衔接至电源操控器。此外，供给的经测验以及可重新装备的软件块大大加速了代码开发。用于代码开发的TI Code Composer Studio IDE具有使快速发动愈加速捷的现成可用项目模板。针对不同特定类型的电源或功用的多种本钱有用EVM，将经过促进直接原型机规划和试验来加速电源开发。图2中显现的是这些模块中的一个示例。
图2. 根据UCD3138数字操控器的1/8砖型阻隔式DC/DC电信电源模块
运用
UCD3138数字电源操控器系列是一款混合产品，在具有专门用于电源规划的片上功用性的一起，还有可编程数字处理、可装备模仿与数字外设所特有的灵敏性。电源专用和灵敏资源的共同混合特点使得UCD3138器材可以支撑多种运用，其间包含服务器电源、电信整流器、阻隔式DC/DC电源模块、工业用AC/DC转化器以及为高功用PFC供电的轿车电源、AC/DC转化器、阻隔式DC/DC电源体系、电信体系电源、整流AC/DC电源和视频通讯体系。还有针对一般阻隔式电源拓扑的参阅解决方案，比如AC/DC升压PFC、谐振LLC、相移和硬件开关全桥、以及正激有源钳位。
用例剖析
因为其低引脚数量、小型封装尺度和本钱有用性，UCD3138电源操控器现已在比如无线基站基带设备、长途射频器材和微型基站等电信开关和无线通讯设备的电源中被广泛选用。这些体系中的电源被称为“砖型”，保证了功率密度，这成为UCD3138数字电源操控器的一大优势。
