數字電源尺寸和成本概述

數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)利(li)用(yong)混(hun)合(he)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)開(kai)發(fa)的(de)發(fa)展(zhan)演(yan)進(jin)。混(hun)合(he)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)同(tong)時(shi)滿(man)足(zu)了(le)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)與(yu)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)的(de)需(xu)要(yao)。數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)的(de)範(fan)圍(wei)很(hen)廣(guang)，其(qi)中(zhong)包(bao)括(kuo)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)、狀態機以及通信外設和簡單邏輯電路。存儲器也包含在這個部分中。模擬電路可以包括運算放大器和比較器
、模數轉換器（ADC）
、數模轉換器（DAC）脈寬調製器（PWM）發(fa)生(sheng)器(qi)和(he)基(ji)準(zhun)
，以(yi)及(ji)更(geng)多(duo)其(qi)它(ta)器(qi)件(jian)。對(dui)這(zhe)一(yi)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)的(de)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)能(neng)讓(rang)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)優(you)化(hua)模(mo)擬(ni)與(yu)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)的(de)分(fen)配(pei)
，同(tong)時(shi)又(you)將(jiang)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)集(ji)成(cheng)在(zai)一(yi)個(ge)芯(xin)片(pian)上(shang)。通(tong)過(guo)減(jian)少(shao)物(wu)料(liao)清(qing)單(dan)（BOM）成cheng本ben和he器qi件jian數shu量liang可ke以yi降jiang低di係xi統tong成cheng本ben，並bing且qie由you於yu係xi統tong中zhong所suo包bao含han的de互hu連lian組zu件jian減jian少shao
，係xi統tong會hui更geng加jia可ke靠kao。由you於yu一yi個ge控kong製zhi器qi有you可ke能neng服fu務wu於yu很hen多duo解jie決jue方fang案an，製zhi造zao商shang需xu要yao跟gen蹤zong和he儲chu備bei的de最zui小xiao庫ku存cun單dan位wei（SKU）更少。

舉個例子
，集成一個多用途微控製器（MCU）既能夠執行一定範圍的電源相關功能，能夠免除了對於其它獨立控製芯片的需要。可以為集成型MCU設定許多電源管理特性，諸如過壓、欠壓、過流條件和其它功能。根據數字MCU處理能力的不同，數字電源器件可被設定為包含多種電源轉換特性


，諸如簡單到複雜拓撲支持、自適應環路補償
、針對峰值電流模式控製的斜坡補償、均流以及溫度補償。另外一個例子就是提供功率因數校正（PFC），與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)執(zhi)行(xing)電(dian)子(zi)儀(yi)表(biao)計(ji)量(liang)功(gong)能(neng)。通(tong)過(guo)提(ti)供(gong)多(duo)種(zhong)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)器(qi)件(jian)
，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)為(wei)應(ying)用(yong)選(xuan)擇(ze)最(zui)適(shi)合(he)的(de)功(gong)能(neng)，而(er)無(wu)需(xu)擔(dan)心(xin)其(qi)他(ta)無(wu)用(yong)的(de)功(gong)能(neng)造(zao)成(cheng)的(de)負(fu)擔(dan)。

電源拓撲靈活性

數字技術所固有的靈活性，使得特有集成數字MCUhuokepeizhizhuangtaijideshuzidianyuanqijiankechengweiyigezhichisuoyouzhuyaochuantongdianyuantuopudepingtai，zhegepingtaiyezhichirenheyoukenengchuxiandequanxinqiegengjiajingmidetuopu。suozhichituopujiangbaokuoxiangyiquanqiao
、多相交錯PFC、無橋PFC
、共振LLC、雙向DC/DC
、雙向DC/AC和PFC、三相逆變器、最大功率點跟蹤（MPPT）DC/DC和其它拓撲。由於這一靈活性和集成外設，通過使用高分辨率相位、頻率和占空比控製算法，數字電源器件能夠提供精確波形控製。

效率

高級控製算法使得數字電源器件能夠提高電源和係統的功效，從而減少了電源和主機係統的能耗。這對數據中心、海hai量liang存cun儲chu係xi統tong等deng很hen多duo應ying用yong的de運yun行xing成cheng本ben都dou有you顯xian著zhu的de影ying響xiang。自zi適shi應ying數shu字zi控kong製zhi能neng夠gou實shi現xian快kuai速su調tiao節jie
，以yi改gai變bian線xian路lu和he負fu載zai情qing況kuang
，從cong而er優you化hua電dian源yuan和he係xi統tong效xiao率lv。例li如ru
，對dui於yu更geng高gao效xiao的de電dian力li傳chuan輸shu，可ke以yi實shi時shi改gai變bian功gong率lv級ji的de控kong製zhi方fang法fa


，或huo者zhe對dui電dian源yuan轉zhuan換huan進jin行xing調tiao節jie，以yi減jian少shao其qi在zai輕qing負fu載zai或huo無wu負fu載zai條tiao件jian下xia的de功gong耗hao。

可靠性和安全性

數shu字zi電dian源yuan器qi件jian能neng夠gou輕qing鬆song實shi現xian與yu係xi統tong中zhong其qi它ta數shu字zi和he模mo擬ni組zu件jian的de交jiao互hu，這zhe意yi味wei它ta們men能neng夠gou通tong過guo執zhi行xing係xi統tong級ji監jian視shi和he故gu障zhang響xiang應ying來lai有you效xiao地di提ti高gao主zhu機ji係xi統tong的de可ke靠kao性xing和he安an全quan性xing。實shi際ji上shang，數shu字zi控kong製zhi器qi的de可ke編bian程cheng屬shu性xing使shi得de它ta們men能neng夠gou支zhi持chi多duo種zhong總zong線xian（諸如PMBus、I2C、SCI、SPI

、CAN和其它類型的總線）shangdeduoxieyitongxin，zheyangdehua，xitongnenggouqingsongdiyudianyuanzixitongtongxin。tongguojianshihejiluzhenggexitongzhongdeshuju
，shuzidianyuanjishuyouzhuyuxitongzhenduan，tigongzaoqiguzhanghecuowubaojing，xitongyejiunenggoucaiqushidangdeyingduicaozuo。

寬帶隙（WBG）兼容性

與其等到那些能夠滿足WBGqijianxingongnengdequanxinmonikongzhiqibeikaifachulai，haiburuxianzaijiushiyongmouxieshuzidianyuanjiejuefangan。zaitigongjigaofenbianlvdingshikongzhidetongshi，jianyoushuzidianyuanduisuoyoudianyuantuopudezhichinengli
，zhurudanhuajia（GaN）的全新器件可被用於具有較高開關頻率

、較低開關損耗、更大功率密度和零反向恢複的高級拓撲中。

TI的數字電源創新

德州儀器（TI）的(de)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)技(ji)術(shu)產(chan)品(pin)組(zu)合(he)是(shi)目(mu)前(qian)業(ye)內(nei)最(zui)全(quan)麵(mian)的(de)產(chan)品(pin)庫(ku)。雖(sui)然(ran)其(qi)他(ta)供(gong)應(ying)商(shang)也(ye)許(xu)能(neng)為(wei)此(ci)行(xing)業(ye)的(de)一(yi)個(ge)或(huo)數(shu)個(ge)細(xi)分(fen)市(shi)場(chang)提(ti)供(gong)專(zhuan)業(ye)的(de)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，TI寬泛的數字電源創新組合卻可以滿足任何可能的設計需求。

總的說來，數字電源技術在許多應用中都適用
，從相對簡單的功能到最複雜的電源管理任務。數字電源市場通常被細分為4個不同的器件類型
，每一類器件均有其自身的優勢和解決方案。這些器件為：數字電源控製器；具有數字接口的模擬電源穩壓器
；數字電源排序器
；數字熱插拔控製器。接下來將解釋每個產品類別，並談一談TI數字電源產品庫中的一些器件。

數字電源控製器

數字電源控製器調節不同類型電源的輸出
，從AC/DC到DC/AC電源、隔離式DC/DC

、負載點（POL）穩壓器、功率調節器和濾波器，以及其它器件。由於它們所具有的集成MCU和(he)電(dian)源(yuan)專(zhuan)用(yong)外(wai)設(she)
，數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)器(qi)具(ju)有(you)同(tong)時(shi)執(zhi)行(xing)環(huan)路(lu)補(bu)償(chang)和(he)管(guan)理(li)反(fan)饋(kui)環(huan)路(lu)所(suo)需(xu)的(de)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)，以(yi)保(bao)持(chi)正(zheng)確(que)的(de)輸(shu)出(chu)穩(wen)壓(ya)或(huo)調(tiao)節(jie)，以(yi)及(ji)執(zhi)行(xing)其(qi)它(ta)係(xi)統(tong)級(ji)監(jian)視(shi)和(he)穩(wen)壓(ya)任(ren)務(wu)的(de)能(neng)力(li)。這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)配(pei)備(bei)有(you)針(zhen)對(dui)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)應(ying)用(yong)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)的(de)外(wai)設(she)。

TI的數字電源控製器有一些行業內獨一無二的功能。例如
，它們的高頻和高分辨率運行使得它們與GaN技術兼容
，從而提供高開關速度和低功率損耗。此外
，TI所suo有you的de數shu字zi電dian源yuan控kong製zhi器qi特te有you出chu色se的de瞬shun態tai響xiang應ying和he動dong態tai性xing能neng。這zhe些xie功gong能neng由you不bu同tong的de技ji術shu實shi現xian。在zai某mou些xie情qing況kuang下xia
，數shu字zi電dian源yuan控kong製zhi器qi針zhen對dui極ji快kuai速su中zhong斷duan而er設she計ji，這zhe就jiu減jian少shao了le控kong製zhi環huan路lu采cai樣yang與yu響xiang應ying計ji算suan之zhi間jian的de延yan遲chi。在zai其qi它ta情qing況kuang下xia，使shi用yong集ji成cheng有you專zhuan用yongADC和(he)計(ji)算(suan)引(yin)擎(qing)的(de)外(wai)設(she)來(lai)提(ti)供(gong)針(zhen)對(dui)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)的(de)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)。通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)，這(zhe)些(xie)快(kuai)速(su)響(xiang)應(ying)能(neng)力(li)使(shi)得(de)控(kong)製(zhi)器(qi)能(neng)夠(gou)減(jian)少(shao)功(gong)率(lv)級(ji)組(zu)件(jian)間(jian)的(de)差(cha)異(yi)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)影(ying)響(xiang)。

集成在TI數字電源控製器中的MCU可編程性使得它們完全可配置並且能夠控製複雜拓撲，以及諸如雙向、多相重排序和相位校正、自適應死區時間控製以及其它運行模式。此外，通過配置這些控製器能在包括PMBus在內的多種總線上支持係統級監視、儀表計量和通信。這可實現諸如在線診斷和報告、現xian場chang功gong耗hao數shu據ju采cai集ji等deng精jing密mi電dian源yuan管guan理li過guo程cheng，以yi優you化hua設she計ji，並bing且qie可ke以yi通tong過guo數shu字zi接jie口kou把ba新xin參can數shu寫xie入ru控kong製zhi器qi。正zheng因yin如ru此ci，可ke采cai用yong多duo種zhong拓tuo撲pu來lai監jian視shi控kong製zhi環huan路lu。實shi際ji上shang，通tong過guo使shi用yong控kong製zhi器qi的de數shu字zi補bu償chang，可ke以yi完wan全quan避bi免mian執zhi行xing具ju有you外wai部bu組zu件jian的de控kong製zhi環huan路lu。控kong製zhi器qi所suo執zhi行xing的de監jian視shi和he數shu據ju記ji錄lu也ye可ke形xing成cheng早zao期qi故gu障zhang報bao警jing的de基ji礎chu，這zhe也ye反fan過guo來lai使shi係xi統tong能neng夠gou采cai取qu措cuo施shi來lai減jian少shao這zhe些xie故gu障zhang的de影ying響xiang。

C2000TM微控製器

設計靈活性與開發的簡便性使得TIC2000MCU成為廣泛應用中眾多電源係統設計的核心部件。借助於高級C語言的完全可編程性以及可輕易更改的配置變量，C2000MCUyijingxianxianchuqiqiangdagongneng，tamenkeyizuchenghenduopingtaijiagoudejichu

，keyihenfangbiandijiangzhexiejiagoutiaozhengweimanzutedingdeshejixuyao，qizhongyebaokuozuigaojidedianyuantuopu。gaodukepeizhidePWM和ADC組合使得C2000MCU能夠支持最精密的電源控製功能。C語言中提供的模塊化軟件庫加快了係統級應用的直觀開發。TI的C2000實時C28x處理內核具有高達200MHz的處理能力

，以支持最精密的電源係統。除了其主要的處理內核，C2000MCU還特有基於RISC的控製律加速器（CLA）實時協處理器
，它的速度處理能力也高達200MHz。這兩個完全不同的處理資源可實現處理負載的有效劃分

，CLAnenggouchengdankongzhihuanluchuliheqitashishirenwu
，jianqingzhuneihechulizhexierenwudefudan，congerzhuhekeyizhuanmenjinxingtongxinxieyichulihuoewaidekongzhihuanlukongzhideneiwuchulirenwu。zheyangzhenggedianyuanxitongjiuhuigengjiayouxiao，xiangyingsudugengkuai。liyongduoda12對高速
、高分辨率PWM（分辨率額定值150ps）等眾多資源，C2000MCU能夠驅動高開關頻率以及大量相位或電源軌，同時又減小了設計尺寸。集成高速ADC的處理速度高達4MSPS
，分辨率高達16位。C2000MCU還支持最常見的實時通信協議，其中包括I2C、SCI
、SPI
、CAN和PMBus。

通過將精密控製架構所需的全部資源集成到一個輕鬆可編程
、可配置器件內，C2000MCU在減小尺寸和降低成本的同時，也降低了係統其餘部分的硬件複雜度。與多個PWM事件同步的高分辨率ADC和DAC可ke實shi現xian廣guang泛fan的de控kong製zhi，包bao括kuo斜xie坡po補bu償chang電dian路lu在zai內nei的de片pian上shang功gong能neng性xing支zhi持chi峰feng值zhi電dian流liu模mo式shi和he其qi它ta精jing密mi控kong製zhi機ji製zhi。諸zhu如ru比bi較jiao器qi和he來lai自zi多duo個ge來lai源yuan的de觸chu發fa區qu輸shu入ru的de數shu個ge集ji成cheng資zi源yuan可ke實shi現xian對dui功gong率lv級ji的de多duo種zhong保bao護hu功gong能neng，其qi中zhong包bao括kuo過guo壓ya、欠壓和過流保護。多個片上時鍾提供的冗餘功能可通過時鍾源的備份來提高電源係統的可靠性。實際上，C2000MCU特有一個3時鍾保護係統配置
，其中的一個時鍾在另一個時鍾發生故障時自動切換至備用時鍾。

開發工具

開發人員將C2000MCUyingyongdaoshuzidianyuanxitongdeshejizhizhong
，congernenggouchongfenliyongdaliangderuanjianyuyingjian
，jianhualekaifaliucheng，naxiebushenlejieshuzidianyuanzujiandegongchengshimenyenenggouhenkuaishangshou。。tongguochongfenliyongTI的powerSUITETM圖形軟件工具（controlSUITETM軟件包的一部分），設計人員能夠快速升級和完成一個開發項目。借助經完全測試軟件模塊（針對諸如PFC、AC/DC整流、隔離式DC/DC

、DC/DC降壓轉換器和DC/AC變換器應用）的TI數字電源庫
，設計人員能夠快速采用其中一個powerSUITE應用專用軟件模塊來滿足他們係統的特定需要。不用再從頭為全新係統編寫代碼。powerSUITE軟件頻率響應分析器（SFRA）使設計的頻率響應分析自動化
，而powerSUITE補償設計工具可實現不同類型比較器的開發，以優化閉環性能。此外
，TI的CodeComposerStudioTM集成開發環境（IDE）支持任何所需的其它軟件開發。

一款應用專用評估模塊（EVM）主機和開發板也加速了原型機設計和實驗過程。這些創新性EVM的一個有趣示例就是數字電源BoosterPack，C2000PiccoloTMF28069LaunchPad開發套件的插入式子板。圖1中顯示的BoosterPack包括一個數字降壓轉換器和工具，這些工具引入了數字電源控製概念

，並且簡化了數字電源控製子係統的實際設計。

應用

由C2000MCU控製的電源係統為很多最複雜的電源應用提供靈活性
、處理能力和片上資源。這些應用包括針對太陽能應用的微型逆變器、串式逆變器和集中式逆變器，用於智能電網的電力線通信調製解調器，針對電動和混合動力車輛充電係統的汽車應用，發光二極管（LED）照明
，功率調節器

，有源電力濾波器，UPS，數字發電機以及很多其它器件。

用例分析

服務器係統提供了大量的示例，表明了C2000MCU的強大功能是如何提高應用的效率和有效性。通過集成在服務器的機架內
，基於C2000MCU的電力係統能夠在控製機架內所有服務器電力分配的同時
，密切監視和報告這個機架內每個刀片式服務的運行狀態。通過使用C2000MCU，可以改進整個服務器電源接通時間和效率。

相關閱讀：

數字電源多頻技術詳解，降低總群延勢在必行
數字電源係統“發威”，實現信息監測無死角
數字電源大起底：智能全集成數字電源的方案解析