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数字技术开始向电源管理芯片领域渗透

2008-04-21 02:45:21 作者：来源:电子系统设计

关键字：数字电源

尽管业内不少人都认为，模拟和数字技术很快将争夺电源调节器件控制电路的主导权，但实际情况是，在反馈回路控制方面，这两种技术看起来正愉快地共存着。

的确，许多电源管理供应商都提供了不同的方案。一些数字控制最初的可编程优势现在甚至在采用模拟反馈回路的控制器和稳压器中也具备了。当然，数字电源还是有一些吸引人之处。

“电源已经成为整个系统必不可少的一部分，而且用户希望它们能够自己进行一些电源管理工作。”Power-One公司的战略市场及应用总监Mikhail Guz表示，“随着越来越多的系统工程师希望能够实时与电源交流以进行监控和诊断，最后一点显得尤其重要。”许多电源管理工程师也赞同这一观点。

“一个工程师可以在许多不同的模式和在许多不同的应用中使用同一个数字电源产品，”Guz继续说道，“他们可以相对很容易地实现自适应控制和非线性控制算法。与模拟控制器不同，数字控制器不受元件公差和老化效应的影响。此外，大多数数字控制回路建立在更新换代速度比模拟工艺快得多的CMOS工艺基础之上，这使得未来的数字电源产品成本更低。”

尽管今天大多数电源管理IC仍采用模拟控制技术，但数字控制技术已进入供应商的视野，目前不管是新兴的电源管理IC供应商(如Silicon Labs和Zilker Labs)还是老牌的电源管理IC供应商(如TI和NSC)，都已推出了数字电源管理IC。

不过，美国NSC(国家半导体公司)亚太区电源管理产品市场总监黄汉基坦言，这些新推出的数字电源管理IC的所有性能看起来都要低于或最多刚好赶上市场上现有的模拟电源管理产品，包括NSC的数字电源产品。数字电源管理IC的效率最多是在跟踪对应模拟产品的效率，超越还根本谈不上。Intersil总裁兼首席运营官Lou DiNardo也表达了类似的观点，他说：“模拟电源管理IC的性能目前仍然是最好的。”

但数字电源管理IC也在业界受到越来越多的关注，其主要原因是，数字控制能提供传统的模拟控制技术无法相比拟的许多独到优势，如在线可编程能力、更先进的控制算法、更好的效率优化、更高的操作精准度和可靠性、优秀的系统管理和系统连接功能，以及更高的集成度所带来的更小体积和更低成本。

图1：NSC的LP5550 PowerWise能量管理器件最多可将手持式消费电子产品的功耗降低70%。

在线可编程能力可以减少必需的外部分立元件数量。采用数字控制方案的电源可在工厂针对不同功能需求进行配置，也能在客户应用现场重新配置或进行功能升级，从而可降低总的持有成本和减少客户支持工作。此外，客户定制电源也可迅速完成设计，这能减少开发成本和加快上市周期。

更先进的控制算法使得数字电源管理IC能通过数字可编程能力动态适应不断改变的系统状态，并选择最佳算法来优化系统操作。例如，Silicon Labs公司的Si8250就可以根据温度来动态调整电池充电速率或改进效率等各种操作参数。

数字电源管理IC的效率可通过多种方法实时进行优化，如根据负载变化来动态调整停滞时间(dead-time)、在低负载时关闭同步整流功能或采取最适合目标应用的其它方法。

数字电源管理IC还可以实现更高的操作精准度和可靠性。传统的模拟实现需要无源元器件来设定开关时序、控制响应和保护门槛等操作参数，因此很容易受到元器件值随着温度和时间改变的影响。数字实现就没有这些问题，因为它是通过不受时间和温度影响的软件和寄存器来设定操作参数的。因此，数字实现是一个更可靠的系统，它使得系统设计人员能够在产品的最初使用阶段和后续的寿命周期内实现更高的精确度。