数字电源发展趋势

人们对电源很少会提得起兴趣。毕竟，你不会看到人们在电视广告中炫耀最新电源转换技术，不过你肯定在广告中看到过最新的智能手机或平板电脑。不过，对于我们这种老是与数字化技术（实际上是任何一款电子设备）打交道的人来说，某些有意思的趋势真的令人很兴奋。

在过去二十多年间，数字控制已经在电源领域掀起了一波又一波的浪潮。在数字控制发起之初，整个电源行业的从业人员都在问相似的问题，“数控电源到底能实现模拟电源无法提供的哪些功能呢？”虽然现如今仍然有人对这个问题有疑问，而现实情况是数字电源的成效已经显现。有一大批创新型公司通过使用数字电源提高了效率、获得了现场可升级性，以及故障诊断等功能。为此，在很多显著市场内，数字电源的采用量在未来几年要超过模拟控制的使用量。为了有效地顺应这一潮流，我坚信，我们将需要一种不同的数字控制器来为此做好准备。
好了，我这么说是什么意思呢？本质上说，在过去的十年间，我们已经目睹了效率的大幅提升。在这方面，商用电源已经取得了惊人的进步。然而，我认为，下一个重大趋势将是小型化。我们绝不会看到T台上的模特展示最新的数字电源技术，不过，如果电源小到几乎不可见的话，我们就会看到人们会有多么的兴奋。现在，这还是一项难以达到的标准；到目前为止，这项技术还不存在。不过，我们至少可以使这项技术不那么显眼。
从根本上讲，我们需要提高开关频率。在这一方面，我们中的大多数人都会说，“那还用你说！”虽然初看起来这一点很明显，但值得一提的是，现在很多因素正在聚合在一起，形成了一个完美的合力，将这个要求引领到最显眼的位置。例如，97%高效AC-DC电源可用于商业用途，还有全新的能够支持更高开关频率和更低损耗的高性价比开关技术（例如氮化镓 [GaN]），以及目前能够将磁性元件集成到超小尺寸器件中的工艺技术。为了赶上这些趋势，我们需要一种全新的数字处理器。我们需要一个不仅能够赶上这些技术发展步伐，而且能够真正加快这些技术进步的数字控制器。
不难看出，传统微处理器在实现在达到这一要求方面所具有的难度。这期电气电子工程师学会 (IEEE) 期刊[1]，提供了一个很直接的分析，显示出60MHz处理器在200kHz开关频率电源上实现20kHz带宽时所表现出的计算资源的不足！如果我们保持在200kHz，在开关频率为2MHz，甚至20MHz时，那么我们就需要一个革命性的全新架构。
ti的UCD数字电源系列，诸如获奖的UCD3138数字电源控制器，具有行业所需要的高精度属性。除了将实时控制和保护功能交给高端微控制器 (MCU) 来完成外，这些控制器引入了无需任何MCU处理时间，就能够闭合2MHz控制环路的专用状态机[2]。此控制器还有一个故障管理系统，在100ns的时间内即可阻止故障的传播，而又无需任何的处理器干预。这就使得处理器能够应付高带宽通信，或处理密集型看管任务。
与故障管理系统保持一致的是，这些状态机恰恰从根本上创造了这个行业在此次完美风暴中蓬勃发展所需要的一切：一个将大量处理能力合理地放置在最需要的地方的数字控制器。或者，如果你愿意的话，也可以将它称为打了兴奋剂的数字控制器。