数字高性能负载应用的智能全集成数字电源解决方案

到很高的效率，但数字控制器却可对所有的工作点进行优化。

　　(3)调节精度：一般来说，调节精度是根据线电压、负载和温度来定义的，因为这些条件中的每一个都会影响调节精度。数字控制器可以监视这些条件，并采取控制措施，在整个工作条件范围内进行优化。

　　(4)稳定性：数字控制能够提供比模拟方案更好的补偿(更好地调用极点和零点)，因此在稳定性上的控制要好很多。另外，补偿能够随着条件的变化而变化，使系统能在很宽范围的条件下实现最佳的稳定性。模拟控制器的补偿是固定的，而数字控制可提供可调的甚至是自适应的补偿。

　　(5)故障响应：数字电源控制器提供了大量故障响应的选项。每种故障都有唯一的响应特性，可根据用户的需求进行调整。模拟控制器一般只有一个固定的故障响应(如断电/断续/过载)，用户也只能选择用或者不用。数字控制还能提供滤波器功能，降低虚假故障的可能。

　　(6)可靠性：减少元件数量和降低工作温度(通过效率优化)是数字电源提高系统可靠性的两个途径。此外，灵活的故障响应和探测元器件参数微小变化的能力，可以大幅减少停机时间。

　　如今，数字电源在市场上的普及正在加快。以通信基站系统举例，如果能够监测系统参数，则可更好地管理系统性能，进而提高系统可靠性。基带单元必须具备强大的信号处理能力，以处理大量数据和语音流量。上电/断电期间，多路不同电流/电压的电源必须按照正确的顺序开启/关闭。需要对基带工作过程中的电流和温度进行监测，以确保系统工作在容限范围内，并在必要时提供报警或故障指示信号。另外，远端控制功能和先进的故障管理功能能够确保基站实现更高的可靠性。如果采用模拟方案，这些功能将需要多个器件和电源管理的支持。而数字方案则可降低设计复杂度，只需独立的电源管理芯片。基站电源往往要求非常复杂的电源管理控制器，每项功能需要多个分立元件配合。设计方案的总电路板面积和复杂度也相应增长。另外，由于基站工作在极端温度条件下，设计方案必须在较宽的工作温度范围内保持可靠。对于传统的模拟电源方案，只能在单一工作条件下设置补偿，而又必须解决宽工作范围问题。同时，无源器件(例如电感和电容)的差异也加剧了电源补偿的复杂度。

　　数字电源可作为更好的替代方案，数字架构中能够实现自动补偿，并有利于优化带宽。更大频宽的负载瞬态响应有助于改善系统容限或省掉输出电容，从而缩小系统尺寸。此外，由于无源器件参数随着温度的变化而发生变化，自动补偿功能能够自适应调整，适应条件的变化，从而在整个温度范围内实现最优设计。

　　在提高效率方面，数字电源的作用也非常大。在正确实现时，数字控制有可能通过占空比优化和自适应直通控制，在满足瞬态要求的同时，实现更低的开关频率、关键时序的实时适应(比如同步整流或者谐振死区时间)、切相以及根据负载电流变换工作模式等等，在一定程度上提高效率。由于系统功率根据负载要求进行更有效的管理，故数字控制能够提高总体效率。这里，不得不再次提到EM1130和Altera的Gen10 FPGA合作降低系统静态功耗的成功案例。通过SmartVID双向通信接口应用，EM1130可以帮助Arria10的静态功耗显着降低--通过实际测试，可以帮助A10的静态功耗降低多达40%，且不会影响FPGA本身的工作性能表现。这个产品将极大地帮助Altera及其他PFGA/ASIC厂家实现高性能和低功耗的显着设计目标。

　　图3 EM1130的SmartVID有助FPGA显着降低静态功耗

任何数字功率控制器获得成功的基本要求之一是可行的，易于使用的图形用户界面(GUI)。许多功率设计工程师都很快认

同需要数字控制器来提供全面的设计灵活性。通过可编程命令来实现灵活性，需要对软件层、划分、保护功能和命令分组进行谨慎周密的考虑。GUI必需直观，操作简单自然，最为重要的是，必须全天候工作。

　　图4 易于使用的GUI提供全面的设计灵活性

　　电源行业开始逐步向数字电源转变。模拟控制器内存在着组合逻辑、时钟、计数器和定时器等数字内容。随着混合信号设计流程不断进步，这有望大大提高数字和模拟元件之间关系的优化程度。根据目标应用的复杂情况，某些功能可能最好采用数字处理。而另一些功能更适合于模拟领域。大多数认识到数字电源价值的资深电源设计人员都将相应更新自己的设计技能，不管对采用时间点的看法如何不同，有一点是确定的：数字电源乃大势所趋。

　　图5 FPGA供电解决方案的未来发展趋势

　　结语

历史总是在不断重复，在我们的科技世界内也是一样。能源短缺和能源价格不断上升不仅是由资源供应紧张造成，还在于人们对于不断丰富的生活娱