电源转换应用无处不在。小到使用升压转换器调节纽扣电池(电量逐渐减小)电压的便携式设备,大到进行大量冗余AC-DC转换的蜂窝基站:一切都需要电力。业界对数字电源的讨论有很多;例如,将电源转换移至软件,zui终用相应软件替代我们所有的电源硬件。现实情况要复杂得多,动态性也要差得多。大多数电源转换是(并将始终)在专用硬件中实现的。不过,随着数字信号处理器(DSP)和数字配置控制器的功能越来越强大,对于精明的设计人员而言,可供其使用的选项和电源转换功能也越来越多,更何况设计人员都不惧在固件编译器方面挑战一番。zui大的问题是时机;何时在设计过程中增加固件是值得的,何时使用传统的模拟电源转换更好?答案与其所涵盖的电源转换一样,是不固定的。目前推动数字电源转换投资的主要因素有四个:bao告、可靠性、动态负载管理和总拥有成本。
数据bao告功能是数字化电源的主要优势之一。在许多系统中,了解处理器负载电流、电池电压或功率大小是有利的。这些信息可用于节制风扇速度、管理系统冷却或向用户bao告状态。在生成或获取应用程序时,该功能可以向中央系统bao告本地发电情况,或在耗电情况下bao告所需电能——这两种情况均可使总体系统更为高效。今天,几乎所有的备用电池或电池电源都使用某种形式的电量计量。在高性能计算应用中,用户可能希望看到系统电压恰好能够使微处理器超频,或者数据中心可能只是想要监测其(实质)电源预算花费在哪些方面。准确的电压bao告比较常见,但准确的电流或准确的功率bao告则比较困难。后两者均需要良好的测量电路,通常围绕系统中某处的模数转换器构建。此外,无论是采用I2C(TM)、SMBus(TM)、PMBus(TM)、智能电池、SPI还是任何其他方法(标准或专有),都需要bao告测量数据。这种测量和bao告需要数字电路,但实际上并不需要数字化的控制回路,因此可单独实现,即使用监控电路(可能使用PIC12F18xx系列单片机)来监控模拟电压转换器。电压转换也可以在PIC? MCU的独立于内核的外设(CIP)中完成,或者使用内置MCU(例如MCP19xxx系列器件)的单片式模拟控制来完成。这些方法均可以实现数字bao告,而且不需要数字控制回路,这通常可加快系统设计。有了此类系统,为进行bao告而添加一定级别的数字电路就变得很容易,并且可以围绕模拟电源构建。
zui终决定通常取决于能否能降低总拥有成本。如果因数字电源所带来的优势降低的总拥有成本高于所增加的系统成本(就开发时间和硬件而言),则数字电源明显胜出。随着数字控制变得越来越普遍,更优异的设计工具使得数字控制设计变得越来越容易,数字控制变得越来越便宜和轻松。microchip的软件支持套件包括用于配置MCU的Microchip代码配置器的图形界面,以及用于生成代码以仿真可轻松实现闭环的极点-零点放置的数字电源控制工具。这减少了创建数字电源控制所需的投资,数字解决方案在越来越多的应用中起到关键作用。与此同时,随着数字信号处理器速度的提高,瞬态响应和操作变化也越来越快。通过不断调整电源操作以适应当前的负载条件和温度,数字电源可以在各种负载条件下保持较高的平均效率。这种效率优势直接转化为发电应用(例如太阳能逆变器)的利润,也可以降低耗电应用(例如数据中心或基站)的开销成本。