由于电子体系变得越来越杂乱——每个处理器需求多达 5 个电压轨,而每个印刷电路板又具有多个处理器,因而电源杂乱性添加了。比如盯梢、排序与边沿查看以及电压轨上低至 0.9V 的严厉稳压要求使得电源专家们以为数字电源是处理上述这些问题的有用的代替处理方案。
现在新式数字电源操控器和功率级规划具有许多高档特性,如:冗余AC或DC电源、作业规模内超越90% 的高作业功率、毛病容限规划、确诊与主动丈量记载传导。人们一般把数字电源处理方案视为一些运用的未来电源,如:无线基站、高速数据语音、视频网络、可再生能源运用等等。
数字电源的商场规模和添加率
Darnell Group 最新的一份陈述显现:数字电源IC商场在未来五年内销售额将一跃到达近 8 亿美元。《数字电源新式商场:组件、转化器以及体系级商机》第二版陈述调研了包含 VR 环路操控、非 VR 环路操控器、功率因数环路校对环路操控器、转化器办理 IC 以及体系 IC 在内的全球数字IC商场。Darnell 猜测该商场销售额将会从2006年的1.69 亿美元添加到2011年的7.96 美元,年均复合添加率为 36.4%。
Darnell 留意到了影响该商场添加的一些要素:在曩昔的几年里,数字电源办理和操控产品商场取得了长足的开展。更多的电源转化器公司都将推出集成了数字电源办理和操控IC 处理方案的产品,其间包含混合(模仿和数字)和纯数字电源。 与此同时,体系厂商正尽力寻觅数字操控的优势,并活跃推出其自己的处理方案——一般是一些专用处理方案。
数字电源转化为什么会“失宠”?
Darnell 调研显现其他的一些经济要素也将成为推进数字电源替代模仿处理方案的必定性。模仿IC 技能遵从其自己的摩尔定律,如每一代模仿裸片尺度都会缩小 30% 而且每 4~8 年景本就会下降一半。 就数字 IC 而言,每新推出一代产品或每添加 18~24 月裸片尺度就会缩小 2 倍。
可是,由于每推出新一代产品的本钱就要高 10%~20%,因而要想将数字电源的本钱下降 2 倍要花费大约 2~3 年的时刻。制作比模仿操控器本钱更低的数字电源操控器的制作节点早就有了。Darnell 调研显现在两种半导体工艺运用寿命中,就在产品部件中运用而言其将变得更具本钱效益,如:电源操控 IC。该调研公司还留意到假如详细运用要求“多功能”处理方案的话,数字电源现已比模仿电源廉价。
要求数字电源的运用
在曩昔的几年里,体系规划人员现已开端将电源体系/转化器看成是罪恶之源,由于有必要将其考虑到将来要推出产品的全体成功中去。
三十年前,人们就播下了该职业从根深柢固的线性技能向开关形式转化的种子。这是一场艰苦的战役。可是跟着 PWM 操控器 IC 的不断开展以及 MOSFET 增强和封装技能的前进,开关形式电源 (SMPS) 已能够战胜妨碍并主导一切电源等级的商场。跟着开关形式转化对一切前端影响的加大,外形尺度不断缩小、功能不断提高且本钱也不断下降。线性产品凭仗其一同的特点占有一席之地。
尽管在曩昔的 10 年里数字电源转化一向很受喜爱,但由于以下三个原因其选用已大大放缓。
一、模仿模工程师的才干问题,他们规划了功率级、磁场和操控器,此外还要进行 PCB 布局。现在他需求学习数字硬件与固件常识或具有一个环绕数字电源规划作业的三人作业小组;
二、本钱收益比;
三、咱们不该忘掉彻底选用开关形式转化器花费了咱们 20 来年的时刻,现在时机成熟了。咱们有必要要将一切上述这些原因和只要数字电源才干更好地处理问题而模仿处理方案达不到这种作用的运用联络在一同。
尽管人们进行了许多选用数字电源的测验,可是数字电源技能没有在任何一个将会给电源工业带来转转折点的详细运用中得到广泛选用。人们仍然在考虑是否需求一个推进选用或非本钱灵敏型 200A、多相位服务器内核电源的大容量 PC 商场,或要求确诊和主动丈量记载传导的 N+1 型冗余商场。在任何状况下,数字操控都有必要能够以与模仿处理方案相同的价格来满意一切体系严苛的功能要求。数字处理方案有必要要大大拓宽运用领域,然后供给模仿电源体系很难完成乃至是从未完成的突破性特性 。
自 20 世纪 90 时代末以来,真实的数字电源操控器一向不断开展,即真实的数字信号处理器、微 ASIC 和状态机。现在,他们正处于紧要关头,硬件、软件和规划东西一同驱动数字操控器到相同的电源规模 (turf) 作为模仿。在本年的电源电子技能会议和巴尔的摩展会上展出的高档规划东西的可用性消除了人们对编程的害怕心思,该编程作业困扰着许多经验丰富的模仿电源规划人员。这些东西所供给的高档 GUI 特性不光不需编程,而且还简化了电源规划,这是除本钱之外的两大首要妨碍。开发时刻被大大缩短而且功率也变得相当可观。此外,其还开通了主机 CPU 和电源之间通信线路,然后答应软件对电源进行动态调理装备而不必替换硬件。此外,其还将电源作为体系级功能性。
现在数字操控器厂商已在该技能上投入了满意的资金,首要包含罗列和展示数字电源给首要终端设备 OEM 厂商带来的固有优势。根据选用率,一些商场分析师猜测这种新式的技能将会有一个光亮的远景。到 2020 年底,数字电源转化器将与模仿处理方案旗鼓相当。
要求数字电源操控器的曲型运用之一是如下所示的太阳能逆变器。 太阳能逆变器结构图
太阳能逆变器是整个太阳能体系的一个要害组件。它担负着将 PV 电池的可变 DC 输出转化成一个清洁的正弦波 50 或 60 Hz 电流的使命,以适用于为商用电网或部分电网供电。
DSP 操控器——数字信号操控器高效地履行为体系电池充电所需的高精度算法,并在无功率损耗的状况下为电网供给电力。这便是所说的以其最大的功点履行体系。DC/AC 首要桥接的驱动由操控器高度灵敏的 PWM 外设完成。
其他运用为 TETRA(陆地集群无线电)基站
数字电源的最新状况
转化器各种简单犯错的组件(如:电感、%&&&&&%以及差错放大器)的不行猜测影响能够经过运用统筹了大批量出产公役的数字电源操控器加以补偿。
将这些数字特性整合到一同以创立能够满意当今和未来最杂乱体系严苛电源要求的电源体系的办法形形色色。
实际上,TI 曾在 2009 数字电源论坛上揭开其针对 AC 到 DC-DC 负载点运用的最新处理方案和产品展示的奥秘面纱,还展示了很多关于数字电源的技能论文。
该操控器运用一种易于运用的 Fusion Digital Power 规划人员东西进行装备。该工免费且能够下载,旨在经过答应规划人员轻松地装备许多电源参数然后简化开发进程并加快产品上市进程,其间包含运用可选的默许呼应进行电压和电流阈值的装备、电源电压排序、监控、软启动/中止、盯梢、容限、操控环路呼应、相位办理以及电扇操控的装备。此外,还针对要求超高转化功率的运用供给了参阅规划,该参阅规划运用集成驱动器/MOSFET 技能。