数字控制在电源应用中的特点

传统开关电源(Switch Mode Power Supply,SMPS)控制通常使用纯模拟技术。低成本和高性能数字信号控制器(Digital Signal Controller, DSC)的出现开启了开关电源控制的全新境界，并且标志着电源产业正朝着数字革命的方向发展。

本文强调当前是电源应用采用数字技术、实现数字电源的最佳时机。Microchip 提供的AC-DC 参考设计就是展示数字控制技术优点的极佳实例。

本问通过在以下几个方面将数字电源与模拟电源进行定量比较以指出数字电源的优势所在：

比较模拟电源与数字电源的物料成本

控制先进拓扑结构的能力和数字控制的灵活性

在同样成本条件下，数字电源实现的附加价值数字电源节省成本。

图1 为两级模拟AC-DC 电源的高阶原理框图。

图 1: 两级模拟AC-DC 电源

图2 显示了数字AC-DC 电源的高阶框图。

图 2: 数字AC-DC 电源

模拟电源的主要组成包括：

功率链：半导体开关、电感、电容和功率变压器

驱动电路：栅极驱动以及支持电路

反馈电路：传感器、放大器和电阻网络

控制器：每个功率级专用控制器

后台管理电路：用于顺序控制、监控和通信的专用单片机以及支持电路

为便于比较，考虑选择一个两级式电源。前端转换器采用升压功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)电路，而第二级是DC-DC 相移式全桥转换器。

模拟电源与数字电源的功率链部分、驱动电路和反馈电路保持一致。图2 分别展示了上述例子中所描述的数字电源。对于数字控制电源，专用模拟控制器和后台管理电路可合并采用一片dsPIC®DSC 来实现。

图1和图2仅从较高层次展示了两者的主要差别;然而，在进行对比时所有支持电路也需包括在内。图3 所示为每个模拟级中的支持电路，而图4 则为数字系统中的支持电路。注意模拟控制器所需要的额外连接(在图3 和图4 中用箭头标出)。

图 3: 模拟级电路

图 4: 数字级电路

除了主要的组件，还需将支持电路成本、布线复杂程度、以及模拟数字电源PCB 板尺寸这些因素考虑在内。

表1 将300W 模拟电源与数字电源的物料清单进行了比较，着重说明了前面所述的差别。比较中所用到的价位是直接从厂家的网站上获得的。

表 1： 300W 模拟与数字电源物料价格比较

表1 中所列出的物料清单比较清楚地说明了数字电源与模拟电源方案相比所节约的成本。

有些人可能会认为数字电源需要使用专用的MOSFET栅极驱动器，而模拟解决方案则可提供片上栅极驱动器。不过，这一点仅适用于低功率模拟设计，对于大多数高功率模拟设计来说，仍然需要使用外部栅极驱动器。

无论在PFC 级中使用或者未使用外部MOSFET 栅极驱动器，表1 中列出了不同模拟电源的所有BOM 成本。

显而易见，数字电源在总BOM成本方面具有显着优势。