电源系统的数字化时代

目前音频、视频、影像、通信、网络等领域都逐步实现了数字化，这股浪潮也波及到以模拟技术为主导的电源系统领域，“数字电源”开 始受到业界关注，一些老牌半导体厂商以及新兴的IC供应商率先投入到这个新的竞技场。TI、Microchip、Zilker Labs、iWatt、Silicon Labs等公司纷纷推出各自的数字电源产品。此外，一些市场调研机构也对数字电源的前景表示乐观，据Darnell的数据显示，2006年全球数字电源芯 片市场为1.69亿美元，预计2010年将达到7.96亿美元，年复合增长率为36.4%。

对于数字电源这个“新生”事物，业界不仅有热情的掌声，同时也不乏质疑的声音：电源系统真的需要数字控制吗?为什么要采用数字电源管理?模拟阵营的拥戴者认为，与数字方案相比，模拟设计的成本更低，现代的模拟实现方法实际上表现更为出色。

事实上，数字与模拟这两种技术并非针锋相对，很多情况下二者甚至是互补的。在电源设计领域，模拟技术的优势依然存在，而数字技术的价值也会根据不同的 电源应用而有所差异，例如，简单的可通过业界标准协议(如PMBus)实现控制与配置;复杂的可借助引擎处理能力，采用结构化的动态工作模式提高电源可靠 性及效率。

通过取长补短、恰当结合这两种核心技术，电源解决方案会更加优化、丰富。TI公司亚太区电源产品技术总监严宗福就表示：“借助数字电源解 决方案，TI扩展了电源管理产品系列。我们认为模拟与数字电源管理解决方案将在今后多年内长期共存。”美国国家半导体亚太区电源管理产品市场 总监黄汉基也指出：“未来几年内模拟控制与数字控制这两种不同的技术将会在市场上各据一方。”

数字电源vs.模拟电源

数字电源与模拟电源的区别主要集中在控制与通信部分。在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品可能更具优势;而在可控因素较多、实时反 应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的复杂高性能系统应用中，数字电源则具有更大的优势。例如数据(服务器、存储和UPS)、通信(3G基站、路由 器)、高端工业设备、测试测量设备、医疗设备等。

图1：数字、模拟各有优势，或许混合信号电源方案是最佳选择

在发展初期，数字电源方案难以达到模拟设计的高效率，而现在已有一些数字方案能够达到甚至超越模拟方案的效率，并且易于使用。数字电源技术采用智能方 法优化系统效率，数字控制提供了无需额外电路便可管理及监控系统内所有电源的能力。当电子系统日益复杂时，数字电源技术将会成为一种重要的工具，帮助系统 设计人员优化系统性能。

“在电源领域，数字集成显然是个趋势，不过并非所有的电源技术都会向这种趋势发展。”Microchip公司安全、微控制器 和技术开发部产品行销经理Fanie Duvenhage表示，电源市场具有多样性，解决方案也各有不同，数字电源也不例外。“未来的数字电源将包括某种形式的数字控制，同时也包 括模拟模块。”Duvenhage指出。

对此，Maxim公司业务经理Ahmad Ashrafzadeh也有同感，他认为，数字电源不可能在所有应用领域替代模拟电源，数字电源所能提供的特性并不是所有应用都必须具备的，而且对于一些 成本敏感的应用或特殊的消费类产品，这些性能可能还是多余的。目前数字电源最适于服务器、网络交换机、路由器等要求可靠监控的产品及基础架构设备。

Intersil公司应用工程总监Greg Miller也认为数字电源管理是通信/工业领域最重要的电源技术趋势。不过，他不同意一些人提出的数字控制理论。“在数字IC与电源管理 IC的接口部分采用数字电路能提升效率，但是在电源管理IC内部我们不赞成采用数字控制，我们认为模拟控制能实现更小的芯片尺寸和功耗。” Miller表示。Zilker Labs公司行销副总裁Jim MacDonald也指出，模拟电源器件仍将是电源管理市场的重要部分。

目前在整个市场中数字电源技术所占的比例还很小，不过，随着越来越多的系统开发商采用这种技术，数字技术似乎正在成为电源系统设计的新趋势。 Intersil的Miller认为，模拟与数字电源解决方案会跨越不同领域共存，但数字电源方案会逐步普及并拿走模拟方案的市场份额，数字电源最终会成 为电源市场的重要区域。

模拟技术+DSP/MCU成为主要趋势，应用方案向消费领域渗透

更高集成度、更快瞬时响应以及更大灵活性是数字电源的主要优势。通常情况下，模拟PWM架构能够提供较高分辨率，但无法实现数字控制架构所具备的输出 电压监视、通信及其它复杂控制功能;而对于数字PWM，为了达到与模拟控制架构同等的性能