傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源（Switch Mode Power Supply,SMPS）控制通常使用純模擬技術(shù)。低成本和高性能數(shù)字信號(hào)控制器（Digital Signal Controller, DSC）的出現(xiàn)開(kāi)啟了開(kāi)關(guān)電源控制的全新境界，并且標(biāo)志著電源產(chǎn)業(yè)正朝著數(shù)字革命的方向發(fā)展。

本白皮書(shū)強(qiáng)調(diào)，當(dāng)前是電源應(yīng)用采用數(shù)字技術(shù)、實(shí)現(xiàn)數(shù)字電源的最佳時(shí)機(jī)。Microchip 提供的AC-DC 參考設(shè)計(jì)就是展示數(shù)字控制技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的極佳實(shí)例。

本白皮書(shū)通過(guò)在以下幾個(gè)方面將數(shù)字電源與模擬電源進(jìn)行定量比較以指出數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)所在：

●比較模擬電源與數(shù)字電源的物料成本

●控制先進(jìn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能力和數(shù)字控制的靈活性

●在同樣成本條件下，數(shù)字電源實(shí)現(xiàn)的附加價(jià)值數(shù)字電源節(jié)省成本。

圖1 為兩級(jí)模擬AC-DC 電源的高階原理框圖。

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圖 1: 兩級(jí)模擬AC-DC 電源

圖2 顯示了數(shù)字AC-DC 電源的高階框圖。

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圖 2: 數(shù)字AC-DC 電源

模擬電源的主要組成包括：

●功率鏈：半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)、電感、電容和功率變壓器

●驅(qū)動(dòng)電路：柵極驅(qū)動(dòng)以及支持電路

●反饋電路：傳感器、放大器和電阻網(wǎng)絡(luò)

●控制器：每個(gè)功率級(jí)專用控制器

●后臺(tái)管理電路：用于順序控制、監(jiān)控和通信的專用單片機(jī)以及支持電路

為便于比較，考慮選擇一個(gè)兩級(jí)式電源。前端轉(zhuǎn)換器采用升壓功率因數(shù)校正（Power Factor Correction,PFC）電路，而第二級(jí)是DC-DC 相移式全橋轉(zhuǎn)換器。

模擬電源與數(shù)字電源的功率鏈部分、驅(qū)動(dòng)電路和反饋電路保持一致。圖2 分別展示了上述例子中所描述的數(shù)字電源。對(duì)于數(shù)字控制電源，專用模擬控制器和后臺(tái)管理電路可合并采用一片dsPIC?DSC 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1和圖2僅從較高層次展示了兩者的主要差別；然而，在進(jìn)行對(duì)比時(shí)所有支持電路也需包括在內(nèi)。圖3 所示為每個(gè)模擬級(jí)中的支持電路，而圖4 則為數(shù)字系統(tǒng)中的支持電路。注意模擬控制器所需要的額外連接（在圖3 和圖4 中用箭頭標(biāo)出）。

高級(jí)特性

效率優(yōu)化

對(duì)于任何電源設(shè)計(jì)人員，兩個(gè)最重要的考量方面就是總成本和系統(tǒng)性能。與模擬電源相比，數(shù)字電源的成本優(yōu)勢(shì)在之前的章節(jié)中已經(jīng)進(jìn)行了分析，我們現(xiàn)在將針對(duì)數(shù)字電源具有更高效率這一優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行探討。

任何電源設(shè)計(jì)都是按照其可能的最大效率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展及新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，電源效率達(dá)到了更高的水平。之前已經(jīng)提到，在某些運(yùn)行條件下（半載或者較高的線電壓情況時(shí)），效率的確或多或少實(shí)現(xiàn)了最大化。

數(shù)字電源增強(qiáng)了系統(tǒng)的通用性，可對(duì)多個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的效率進(jìn)行優(yōu)化。

對(duì)于PFC升壓轉(zhuǎn)換器，輕載時(shí)可通過(guò)降低轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)頻率來(lái)減小開(kāi)關(guān)損耗。由于是輕載，磁場(chǎng)仍可以應(yīng)對(duì)較低的開(kāi)關(guān)頻率。如果實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)交錯(cuò)式PFC 轉(zhuǎn)換器，輕載時(shí)可以通過(guò)關(guān)斷其中一相來(lái)進(jìn)一步減小功耗。

類似地，對(duì)于一個(gè)相移式全橋變換器，可以在輕載時(shí)關(guān)斷同步MOSFET,而使用內(nèi)部集成續(xù)流二極管，這樣可消除額外的開(kāi)關(guān)損耗。

另一個(gè)實(shí)例是降壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。對(duì)于高電流輸出的場(chǎng)合，同步降壓轉(zhuǎn)換器通常是首選。但是，使用同步MOSFET會(huì)在輕載時(shí)引起環(huán)流，這反過(guò)來(lái)會(huì)引起更高的損耗。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)換器運(yùn)行在不連續(xù)電流模式時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器的同步/ 續(xù)流MOSFET 就會(huì)被禁止。

上述介紹的技術(shù)可通過(guò)選擇先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如諧振和準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器）來(lái)提高效率。數(shù)字控制完全支持這些先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括相移全橋和LLC 諧振轉(zhuǎn)換器，從而獲得高效率和高功率密度?？傊瑪?shù)字控制提供很多選擇，可在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)對(duì)電源效率進(jìn)行優(yōu)化。

電源管理

在電源管理領(lǐng)域中，與模擬電源相比，數(shù)字電源提供了前所未有的優(yōu)勢(shì)。在一個(gè)典型模擬電源中，通常使用圖5 中所述的后臺(tái)單片機(jī)來(lái)完成其電源管理。

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圖 5: 不同電源類型在電源管理方面的差異