最近，营销部分一直在大举揄扬已在学术界徜徉了几十年的数字电源，他们没有歹意，仅仅热心过度(图1)。现在，其间的一些夸张之词现已消逝，是时分讨论一下数字电源合适什么，其作业原理，缺陷，以及它的折衷(参考文献1)。不过，虽然它有缺陷，各家公司依然开发和布置了一些器材，它们在不触及折衷的状况下，充分利用了数字操控回路的优点。
图1，数字电源终究达到了平稳量产的阶段(Gartner集团供给)。
芯片公司对数字电源的界说是形形色色。有些公司以为，数字电源包含了环绕一个模仿PWM(脉冲宽度调制)回路的数字功用与通讯链接。其它公司称，数字电源是一种内置数字PWM芯片的状态机。还有一些公司表明，数字电源包含了一个通用DSP，DSP运转着一个闭合操控回路的算法。而曩昔
十年来学术含义上的实在数字电源，则具有一个数字PWM回路，并带有一个状态机或一只DSP。一只模仿PWM器材上加上一个串行总线并不能成为数字电源。不过，数字电源能够革除或消除对某些元件的要求，然后能够降低本钱。
你能够为一只DSP加一个FET驱动芯片和一些代码，以操控涡轮风机的扇叶视点和变频器，基本上这便是简略的数字电源了。例如，德州仪器公司十多年前就开端为其DSP供给电源库。该公司现在出产多个系列根据DSP的电源芯片(图2)。CamSemi公司测验削减器材数，供给5W C2161PX2 ac/dc操控器，它选用反应变压器上的一个检测绕组，而不是贵重的光耦(参考文献2与图3)。数字电源不必二极管来检测反应波形，当检测绕组的反应信号为负值，以及不表明次级的输出电压时，就消除这个信号。至于降低本钱，Exar公司制作了16A的XRP7740数字电源芯片，可为机顶盒或数据服务器供给多个电源轨(图4)。Exar公司具有芯片方面的许多专利，包含将一小块片芯区域用于一个有用的操控回路(参考文献3)。这样，Exar公司的芯片定价就能与模仿芯片竞赛。
图2，你能够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，做出数字电源体系。TI还制作选用状态机的数字电源芯片。
图3，CamSemi公司供给5W的开关电源操控芯片，它有一个代替线性电源的双极晶体管。开关规划有更高的功率，运用铜线也较少，因而降低了本钱。
图4，Exar公司的XRP7740可在四个通道上供给16A输出电流。聪明的IC规划使得芯片很小，因而该公司供给的芯片价格能与模仿计划相竞赛。
数字电源还能够完结逐周期的回路补偿。例如，Intersil公司的数字电源办理集团Zilker Labs最近就推出了ZL6105，它选用了一个状态机来完结逐周期的主动补偿作业(图5)。另一个比如是，新式的Powervation公司用一个数字电源ASIC，完结电源的逐周期补偿(图6)。这种实时的回路补偿是数字芯片较其模仿对手的首要优势。这些数字电源操控器能够盯梢因为老化和干枯所形成的电解电容降级问题。假如你将部件规划成一块电源砖，则数字操控器能够检测砖的输入输出电容，并在每个周期作补偿。其它数字电源芯片能够做一次性的自补偿周期，协助创立数字补偿滤波器的因数。
图5，能够手动设定Zilker Labs公司ZL6105演示板的补偿，但这样做并非抱负的计划 (a)。当你翻开主动补偿时，可改善规划的瞬态呼应稳定性 (b)。
图6，为进步轻载时的功率，Powervation公司的数字电源芯片能够去掉一个相。然后，即便在单一相位时，主动补偿功用也能坚持满回路带宽
当对一个体系作测验和验证(以确认能在生命周期内正常作业)期间，数字电源还供给了在一个区间上余量可变的电源输出电压。例如，英飞凌公司旗下Primarion集团供给的PX7510就可经过PMBus(电源办理总线)完结余量设定和其它操作。思科体系公司DSSG(数据中心、交流以及服务集团)的技能领导Bob Thomas称：“余量能够让咱们验证当输出电压超出设定的极限时，体系的电气功用与热功用状况。”
数字电源的鬼话
有关数字电源的夸张言辞可追溯到十年前有关含糊逻辑的争辩。有些人以为，含糊逻辑将替代对模仿操控的需求。不过，看似含糊逻辑只在某些使用中优于模仿计划，而且，即便在这些使用中，也能够用一个PID(份额/积分/微分)操控器完结简直一切功用(参考文献4)。有些推销者还宣称，数字回路的电源能够做自适应补偿，即具有在快速瞬态呼应和低噪声之间切换的才能。这个特性迫使你去丈量噪声与瞬态呼应，然后有必要决议何时在两者间切换。Powervation公司已成功完结了这个作业，但它要花费许多的处理才能。
数字电源专家们还夸耀了“非线性”操控计划，但这些回路却让你无法在数字电源芯片上衔接网络分析仪。非线性数字回路并不供给有用的增益与相位呼应。所以芯片公司转而让工程师们在时域中评价稳定性，宣称他们应给回路施加一个瞬态条件，并保证振铃会在一个可接受的时刻量内消失。不过，有经历的操控体系工程师们都不喜爱非线性操控，而喜爱选用了解的增益与相位方法。
有些公司称数字电源芯片能够在一个多相电源中，坚持各相位之间有更紧密的电流匹配。不过，与一个30%失配的模仿电源作比较是不切实际的，而且，没有一个担任的工程师会把这样一种规划送去量产。
有些芯片公司还宣称数字电源的功率高于模仿电源，但这种说法并不牢靠。一只芯片封闭多相操控器中各个相的才能可表明为一种功率收益。在轻载时，它可供给恰当不错的功率，不过这种才能并非源于数字PWM回路。任何模仿芯片都能够完结这个功用。开关电源中的首要损耗是磁、开关以及铜损耗，一只操控芯片无法影响这些损耗。凌特技能公司的模仿式LTM4609降-升压转化模块可得到98%的功率，简直优于一切数字芯片。
还有一种有关功率的说法是，数字芯片可供给更好的死区时刻操控。换句话说，它们能够驱动同步与功率FET，因而没有反向电流。但是，凌特技能公司具有一个模仿方法的专利，能保证同步FET永久不会反导游通，而美国国家半导体、Allegro与飞兆公司在多款芯片中选用了模仿的山沟形式(valley-mode)操控，完成了相同的作用。凌特技能公司工程副总裁兼首席技能官Bob Dobkin指出：“没有理由说数字操控回路有更高的功率。用模仿方法能够做stage-shedding。穿通操控也不是问题了，咱们一些较新的电路还有自适应穿通操控。”
折衷是不可避免的
实际上，一款芯片选用数字回路仍是模仿操控回路并没有什么关系。在挑选一种数字计划时，你只需求关怀要做哪些折衷。例如，数字电源的静态电流较高。虽然德州仪器公司的DSP有很高的功率功率和速度，但它们耗费的功率也大于状态机芯片，而远超过模仿芯片。在吸收的静态电流方面，一只离散时刻式采样数据的PWM芯片总是高于低功耗模仿PWM芯片。因而，Summit Microelectronics公司以及其它公司便做出了“数字办理”的模仿电源。这种计划是环绕模仿PWM区域，做出手持电子设备所需求的数字通讯与操控功用。这些是预备用在电池作业设备上的器材，无法具有高速ADC/DAC和DSP，因为它们的静态电流都在毫安量级。Summit公司营销与使用副总裁Abid Hussain说：“假如我带一个静态电流大于100 μA的芯片去见一个客户，我肯定会遭到讪笑的。”
无论怎样，假如你有了DSP，就能够添加一个软件模块，树立一个电源轨。留意DSP有必要要引导，因而，假如这时有一个小过失，则或许丢失数字电源轨，直到器材装入引导码，开端运转时。别的，你的DSP最好是确认性的。假如它有太多的循环和中止，那么就无法为数字电源代码供给服务，电源轨循环就不会实在闭合。
你会发现，模仿器材也能够削减器材数量。例如，Power Integrations公司供给不需求光耦的低本钱离线模仿器材，而凌特技能公司出产的LTC4278和其它模仿器材选用检测线圈作电压反应，而不是光耦。它们未用数字电源也能供给这些功用，因而不需求一个数字PWM回路也能够消除负反应电压，而用反应波形的恰当部分作反应操控。你关怀的不该该是芯片公司选用了模仿PWM回路仍是数字PWM回路，而应留意在没有光耦状况下，器材是否能够供给紧密的输出调理。
数字电源芯片的制作还需求更贵重的遮罩集，有较高的NRE(非重发性工程)本钱。Exar XRP7740数字电源芯片充分利用了数字PWM回路的尺度，供给了价格上可与模仿器材相竞赛的低本钱芯片。但是，这些芯片的遮罩集要贵得多，因而各家公司出售这些芯片时都把变化做到最少，哪怕客户订量达数百万片。片芯的低本钱是对高本钱精密CMOS遮罩集的一种折衷，因而制作商有必要面向大批量使用。Cadence公司工程服务副总裁Time Henricks称：“总之是技能-经济的问题。”他指出，在精密CMOS上置入大输出或大驱动晶体管简直不一种有性价比的计划。一般来说，在廉价CMOS工艺下用较粗的线更有优点(参考文献5)。别的，许多电源芯片有必要作业的电压都高于细线或宽线CMOS能够供给的电压，因而双极模仿芯片永久会有其位置。
数字电源擅长于那些需求逐周期补偿的使用，但许多公司更乐意选用一种简略而经用的模仿规划，对器材的寿命作恰当的补偿。数字电源主动补偿依然是一个发展中的技能。思科公司Thomas称：“咱们有一个传统电源轨，在布局上有一些寄生电阻和电感。有家公司以为它的芯片能够补偿它。当咱们对芯片在此使用中作评价时，客户的结论是，它的主动调整算法不能完成合理的余量。”模仿芯片在规划中作业杰出，不过规划者有意降低了其穿插频率，以补偿因为电路板上机械束缚所造成的的非最优布局。
假如一家公司要制作输入输出电容不知道的电源砖，一只能作主动补偿的芯片或许很要害，但规划者通常是为特定使用开发电源。虽然为一个数字电源部件的补偿作一次性调理很不错，但模仿部件并不要求开发数字滤波器的因数。你只需求修正一个补偿%&&&&&%和电阻，就能改动回路的呼应。Cadence公司的Henricks评论道：“模仿芯片只要一个基准、一个比较器、一个开关、一个单极滤波器和一些输出电路，这种健壮性和简略性很难被逾越。”留意，扰动回路做实时补偿的方法并非数字电源域所专有。凌特技能公司刚发布了LT4180，它便是一个能够检测电源输出阻抗的新颖模仿器材，还能调理供电，补偿AC和DC电压降。
模仿芯片也能够做余量调理，这种体系功用并不依赖于数字PWM回路。例如，Maxim公司的MAX16064监控与操控芯片可监督四个模仿开关电源转化器(参考文献6)，而凌特技能公司的LTC2978监控与操控芯片则可监督八个模仿电源转化器(参考文献7)。
简言之，数字电源在某些使用中有含义，而在其它使用中则相反。对一个体系工程师来说这无关紧要，他们不该关怀半导体公司怎么去闭合回路。体系工程师都应重视的是芯片作业状况，以及自己需求的功用。体系工程师需求的是价格、供货，以及数据表。数字电源与模仿电源之争是教授与%&&&&&%规划者的事。你需求的是能在实在国际中解决问题的芯片与功用。除非它的确能满意你的需求，不然就不该该为数字电源付出额定的费用。
