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数字电源发展面临的问题

导读: 数字电源已经表现出相当多的优点,但仍有一些缺点需要克服。例如,模拟控制对信号状态的反应是瞬时的,而数字电源需要一个采样、量化和处理的过程来对负载的变化做出反馈,因此它对负载变化的响应速度目前还比不上模拟电源。

  数字电源已经表现出相当多的优点,但仍有一些缺点需要克服。例如,模拟控制对信号状态的反应是瞬时的,而数字电源需要一个采样、量化和处理的过程来对负载的变化做出反馈,因此它对负载变化的响应速度目前还比不上模拟电源。数字电源的占板面积要大于模拟电源,精度和效率也比模拟电源稍差。虽然数字控制方法的优点在负载点(POL)系统中非常明显,但模拟电源在分辨率、带宽、与功率组件的电压兼容性、功耗、开关频率和成本(在简单应用中)等方面仍然占有优势。不过,如果考虑到数字电源解决方案具有的优点,使用模拟电路搭建功能相似的电路,成本并不一定就比数字电源低。

  数字电源中包含的技术无疑是复杂的,但它的使用并不一定就复杂。不过它要求设计人员具有一定的程序设计能力,而目前的电源设计人员普遍都是模拟设计为主,缺乏编程方面的训练。这对数字电源的推广也造成了一定的障碍。

  数字电源中,A/D转换器的速度和精度成反比。为了保证交换式电源有较高的稳压精度,A/D转换器必需要有比较高精度的取样,但高精度的取样频率需要更长的A/D转换时间,作为反馈回路的一部分,A/D转换时间过长必然造成额外的相位延迟时间。除了和模拟控制存在的相位延迟,转换过程的延迟时间必然也会造成额外的等待循环,造成回路的实时反应能力变差。和模拟芯片用RC补偿进行PI调节的方法一样,在控制回路中用引入PI调节的方法以提高控制回路的实时反应能力,这种做法需要占用数字芯片较大的系统资源,因为数字控制和模拟控制不同,信号取样不是连续不断的,而是规则离散的,两次取样之间会有一段间隔时间,这段时间的值是无法取得的。为了要达到精确的控制,每次取样之间的时间间隔不能太长,即取样频率不能太低。作为数字芯片,每次AD转换结束后,得到的结果都会被送到系统的中央处理器,然后由处理器对取样的值进行运算和PI调节。在取样频率比较高的时候,这种做法相当耗费系统运算资源,因此对数字芯片的效能要求也比较高。专门用于电源控制的数字芯片并不算多,虽然在要求比较高的场合一般都会用DSP芯片,其运算和取样速度快,功能强大,但价格比较昂贵。而且通用DSP芯片不是专门的做为电源控制芯片使用,一般的电源应用对其芯片资源的利用率不高,在某些状况之下,采用DSP芯片做为电源数字控制的核心是一种浪费。

  因此,成本显然是约束数字电源广泛应用的一个主要因素。由于数字实现方式的成本看似高于相似的模拟实现方式,而且人们对于数字电源产品的采用存在顾虑,所以,从用户的角度来说,也只有当数字电源的成本等于或低于模拟电源(因为成本是中国市场考虑的第一市场因素),同时又能提供模拟电源做不到的许多先进功能的时候,数字电源才会被考虑。

  人们对数字电源还有一个担心就是它还不像模拟电源那样经过多年应用的考验,因而可靠性不高。但就像数字电路在概念上就优于模拟电路一样,可靠性是设计的问题,而不是数字化的问题。

  综上所述,在简单易用、参数变更不多的应用场合,模拟电源产品更具优势,因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现。而在可控因素较多、需要更快实时反应速度、需要管理多个电源、复杂的高性能系统应用中,数字电源则具有优势。

 

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