數(shù)字控制在電源應(yīng)用中的特性和優(yōu)勢(shì)

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）。

圖 3: 模擬級(jí)電路

圖 4: 數(shù)字級(jí)電路

　　除了主要的組件，還需將支持電路成本、布線復(fù)雜程度、以及模擬數(shù)字電源PCB 板尺寸這些因素考慮在內(nèi)。

　　表1 將300W 模擬電源與數(shù)字電源的物料清單進(jìn)行了比較，著重說明了前面所述的差別。比較中所用到的價(jià)位是直接從廠家的網(wǎng)站上獲得的。

表 1： 300W 模擬與數(shù)字電源物料價(jià)格比較

　　表1 中所列出的物料清單比較清楚地說明了數(shù)字電源與模擬電源方案相比所節(jié)約的成本。

　　有些人可能會(huì)認(rèn)為數(shù)字電源需要使用專用的MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器，而模擬解決方案則可提供片上柵極驅(qū)動(dòng)器。不過，這一點(diǎn)僅適用于低功率模擬設(shè)計(jì)，對(duì)于大多數(shù)高功率模擬設(shè)計(jì)來說，仍然需要使用外部柵極驅(qū)動(dòng)器。

　　無論在PFC 級(jí)中使用或者未使用外部MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器，表1 中列出了不同模擬電源的所有BOM 成本。

　　顯而易見，數(shù)字電源在總BOM成本方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

　　數(shù)字電源還有許多其他潛在的低成本優(yōu)勢(shì)。例如，采用數(shù)字化控制方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是減少元件數(shù)量。這可以使布線更簡(jiǎn)單，PCB 板的尺寸更小，進(jìn)而減少了PCB板的加工和組裝成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

　　這些額外的成本節(jié)省更強(qiáng)調(diào)了選擇電源數(shù)字化控制方案的好處。

　　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實(shí)現(xiàn)的。近年來，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)可通過降低轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率來減小開關(guān)損耗。由于是輕載，磁場(chǎng)仍可以應(yīng)對(duì)較低的開關(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)可以通過關(guān)斷其中一相來進(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，這反過來會(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?，數(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。