模拟电源被数字电源取代的因素分析

导读：近几年，使用微处理器控制开关式电源不断发展。在数字电源相比模拟电源 的优点方面仍存在许多争议，两大阵营你来我往、争论激烈。

一、什么是数字电源跟模拟电源最本质的区别

所谓的数字化电源的本质在于电源对输出电流/电压的PWM调节是有数字芯片按照一定的数字控制方式和算法产生，这是数字电源的最本质特征。那些扩充了8位、16位单片机来提供数字输入输出操作界面、远程通讯接口。但是电源的PWM调节还是依赖模拟电源调制芯片的电源，只能说它们长了个数字电源的外表但却没有数字电源的“芯”.

二、数字电源和模拟电源优劣势对比

由于多处理器核或小尺寸处理器对应的I/O口对于不正确的压差所引起的“闭锁”现象非常敏感，电源的跟踪与上电顺序也非常关键。复杂的电路板需要多电源供电，因此对上电顺序和跟踪的要求也更加严格。这些功能利用模拟技术很难实现，而数字技术则可解决这一复杂问题，提供精确、简单的方案。

表1数字电源控制器的优缺点

表2模拟电源控制器的优缺点

高端系统要求近乎为零的故障时间，因此，对于冗余系统的监控也十分重要，以确保系统可靠工作。这就需要了解产生电源故障的原因和过程，在出现问题时采取迅速的解决措施。用模拟技术构建监控电路需要很多分离元件或专用电路。有些系统由于受体积、价格及复杂度的限制，不得不简化了监控环节，导致较低的系统可靠性。对于数字系统来说，提供这种系统检控几乎不需要增加系统成本。在数字系统中，用于数字引擎操作的信息采用数字格式，可以很容易地增加通信容量。

三、数字电源跟模拟电源的应用

数字电源控制器适用于各种各样的应用，无需借助附加电路。从这个意义上说，这项技术的灵活性要远优于传统的模拟技术。

数字电源控制一般比模拟控制器具有更高的集成度。但是，集成度还不足以满足设计重用和灵活性的要求。元件数值也需要灵活可变。设想一下，一个典型模拟补偿器的补偿元件（电阻和电容器）被集成到控制器中，电阻和电容器的值是固定的。把这些元件集成进来，实际上降低了控制器的灵活性，除非采取某种办法，能够调节元件的数值，适应应用的要求。例如在数字控制器里，补偿器被集成到控制器中，补偿参数存放在控制器存储器中的数字寄存器当中。若要改变补偿参数，只需简单地改变寄存器里的数值。

数字电源控制器在易用性方面比模拟控制器更有优势。首先，由于数字电源控制的高集成度，需要确定、采购、跟踪的元器件数量要少很多，这使得数字电源控制器非常容易使用。其次，集成元件的数值由数字寄存器定义，寄存器里的数值可以很容易地通过器件的引脚或数字通信接口和图形用户界面进行修改。在后面的例子还将说明，对设计进行配置只是点击鼠标这样简单的事情。这要比模拟方案要容易得多，因为模拟方案还需要用电烙铁和成箱的元器件。当你重新设计和优化的时候，每改变一次元器件的数值，都会增加设计风险。

最后，数字控制器更容易使用，因为你可以用几个数字就把设计搞定，而且用数字方式进行设计也更容易。下面的几个例子可用来说明这一点。

模拟电阻和电容器只有正的数值。把这些功能/数值用数字方式集成进来，就消除了这个限制，这样就更容易采用原先在模拟域很难采用的方案。

补偿是一个非常好的例子。数字补偿的功能要远远多于模拟补偿，例如高Q值电路的电压模式控制很容易用数字控制器实现，但几乎不可能用模拟控制器来实现。

优化算法以提高性能。模拟设计倾向于点方案，但负载、电压源、环境条件很少是固定的。因此，可以采用优化算法，对在这些变化条件下的性能进行优化。这些算法很容易在数字控制里，用嵌入式微控制器和非挥发性存储器来实施。

数字控制器中的自发现算法把设计者从费时的系统标识中解放出来。比如，自动补偿是今年发布的很多数字控制器上的新功能之一。控制器会确定受控装置的特性，并采用适合那个特定装置的的配置。

由于元器件的数值、运行状态、环境条件被存储在数字寄存器里，因此可进行遥测，并且也容易使用该功能。系统能够很快诊断出故障，用很短的指令改变运行参数，使系统启动并运行。

综上所述，如果不需要额外的数字控制功能，那么模拟电源毫无疑问就是理想选择。反之，在有众多严格调节功率级的复杂系统中，要求监控、数据通信和灵活控制环路，这时数字解决方案更能发挥其应有的作用。数字控制能解决问题，是因为它具有比模拟控制更好的性能、更灵活且在复杂的设计中更易用。数字控制发挥了模拟控制的优点，并超越模拟控制。