一名工程師的觀點

作者：Chris Hossack 博士，德州儀器 (TI) Biricha 電源總監和 Richard Poley，TI 現場應用工程師

關鍵詞：電源

近幾年，使用微處理器控制開關式電源不斷發展。在數字電源相比模擬電源的優點方面仍存在許多爭議，兩大陣營你來我往、爭論激烈。

實際上，每一種方法都有其自己的優點和缺點。但設計人員較終都必須做出選擇，是使用模擬解決方案還是使用數字解決方案，而要做出明智的決定需要了解每種方案的優點和缺點。

模擬開關式電源已經使用了幾十年。其設計為人們所熟知，而且有許多優秀的教科書、仿真工具包、應用手冊和研討會。還有眾多廠商提供的大量低成本集成電路，其封裝了許多功能，從集成柵極驅動器及開關到電流感應和保護。總之，無論如何數字電源都會使模擬電源多余的觀點太過牽強。

數字控制擁有一些模擬世界不具有的特性，其使開關式電源設計擁有迄今還不可能實現的功能。正如工程其他方面一樣，這些好處是有代價的，而是否選擇使用數字解決方案必須根據這些優點是否勝過其帶來的問題來決定。

一個頻頻被提及的數字控制優點是其允許移除控制器中的一些無源組件，從而消除了組件容差和老化問題。另外，在一些應用中這種優點更有更大的價值和深遠的意義。例如，在一些多環路設計中，使用數字處理器可以將控制功能集中于一個器件中，從而實現諸如電源軌排序、裕量設置、負載共享、相位補償以及軟件實施故障預測等功能。

模塊化電源設計人員擁有了更多的優勢。想想一家電源廠商有許多不同功率級的情況吧。采用數字控制解決方案，可讓一個單處理器與單獨自定義軟件一起工作以滿足每個功率級的需求。大規模生產時，產生的經濟規模會十分巨大。

在使用數字電源以前，當然也有一些必須要考慮的問題。數字控制器的 PCB 板級空間必須包括 MCU、晶體時鐘、保護/濾波和 ADC 引腳緩沖。另外，對 PWM 精度和 ADC 動態范圍也有一些限制。盡管如此，一些較新的數字電源（請訪問 http://www.ti.com/piccolo）專用 MCU 產品還是可以解決多大數這些問題。

模擬工程師們擔心的另一個問題是掌握這些數字設計技術所需的時間和精力。許多情況下，如 Z 轉換和采樣理論等概念通常自畢業那天起就沒有接觸過了！幸運的是，許多在線工具現在都是免費提供（http://www.biricha.com/），其自動根據一套用戶頻率域規范將一個模擬設計轉換成離散時間當量。Biricha 還提供了為期數天的數字電源設計課程，專為那些希望掌握數字技術或者只是想溫習一下長時間忽略的知識的工程師們量身定制。另外，在未來數月 Bodo Power 將不斷出版一系列技術文章，旨在為廣大模擬工程師們提供數字 PSU 設計方面的幫助。

綜上所述，數字電源不是讓模擬電源冗余的“魔法子彈”。模擬和數字電源都會存在，并將和睦相處。如果不需要額外的數字控制功能，那么模擬電源毫無疑問就是理想選擇。反之，在有眾多嚴格調節功率級的復雜系統中，要求監控、數據通信和靈活控制環路，這時數字解決方案更能發揮其應有的作用。幸運的是，數字電源控制優化微處理器的推出以及一些新型工具和培訓的出現可以讓廣大設計人員可以為眼前的應用選擇較佳的解決方案。