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数字电源芯片集成电路板制作的秘诀


随着工程师们对数字电源这项技术及其优势的熟知,各式各样的数字电源的发展势头日益强劲。电源系统和电源设计人员已经意识到,部署数字电源并不是对现有技术进行革命性转变的全新设计。由于目前市场上数字电源器件种类繁多,设计人员可以立即利用其巨大优势,应用到任一设计项目。可以于此获得极有价值并且相当丰富的收益。

  数字电源尺寸和成本概述

  数字电源利用混合信号处理开发的发展演进。混合信号处理同时满足了数字电路与模拟电路的需要。数字电路的范围很广,其中包括微处理器、状态机以及通信外设和简单逻辑电路。存储器也包含在这个部分中。模拟电路可以包括运算放大器和比较器、模数转换器 (ADC)、数模转换器 (DAC) 脉宽调制器 (PWM) 发生器和基准,以及更多其它器件。对这一处理技术的充分利用能让这些器件优化模拟与数字电路的分配,同时又将这些器件集成在一个芯片上。通过减少物料清单 (BOM) 成本和器件数量可以降低系统成本,并且由于系统中所包含的互连组件减少,系统会更加可靠。由于一个控制器有可能服务于很多解决方案,制造商需要跟踪和储备的最小库存单位 (SKU) 更少。

  举个例子,集成一个多用途微控制器 (MCU) 既能够执行一定范围的电源相关功能,能够免除了对于其它独立控制芯片的需要。可以为集成型MCU设定许多电源管理特性,诸如过压、欠压、过流条件和其它功能。根据数字MCU处理能力的不同,数字电源器件可被设定为包含多种电源转换特性,诸如简单到复杂拓扑支持、自适应环路补偿、针对峰值电流模式控制的斜坡补偿、均流以及温度补偿。另外一个例子就是提供功率因数校正 (PFC),与此同时执行电子仪表计量功能。通过提供多种数字电源器件,设计人员能够为应用选择最适合的功能,而无需担心其他无用的功能造成的负担。

  电源拓扑灵活性

  数字技术所固有的灵活性,使得特有集成数字MCU或可配置状态机的数字电源器件可成为一个支持所有主要传统电源拓扑的平台,这个平台也支持任何有可能出现的全新且更加精密的拓扑。所支持拓扑将包括相移全桥、多相交错PFC、无桥PFC、共振LLC、双向dc dc电源模块、双向ac dc电源模块和PFC、三相逆变器、最大功率点跟踪 (MPPT) DC/DC和其它拓扑。由于这一灵活性和集成外设,通过使用高分辨率相位、频率和占空比控制算法,数字电源器件能够提供精确波形控制。

  效率

  高级控制算法使得数字电源器件能够提高电源和系统的功效,从而减少了电源和主机系统的能耗。这对数据中心、海量存储系统等很多应用的运行成本都有显著的影响。自适应数字控制能够实现快速调节,以改变线路和负载情况,从而优化电源和系统效率。例如,对于更高效的电力传输,可以实时改变功率级的控制方法,或者对电源转换进行调节,以减少其在轻负载或无负载条件下的功耗。

  可靠性和安全性

  数字电源器件能够轻松实现与系统中其它数字和模拟组件的交互,这意味它们能够通过执行系统级监视和故障响应来有效地提高主机系统的可靠性和安全性。实际上,数字控制器的可编程属性使得它们能够支持多种总线(诸如PMBus、I2C、SCI、SPI、CAN和其它类型的总线)上的多协议通信,这样的话,系统能够轻松地与电源子系统通信。通过监视和记录整个系统中的数据,数字电源技术有助于系统诊断,提供早期故障和错误报警,系统也就能够采取适当的应对操作。

  宽带隙 (WBG) 兼容性

  与其等到那些能够满足WBG器件新功能的全新模拟控制器被开发出来,还不如现在就使用某些数字电源解决方案。在提供极高分辨率定时控制的同时,兼有数字电源对所有电源拓扑的支持能力,诸如氮化镓 (GaN) 的全新器件可被用于具有较高开关频率、较低开关损耗、更大功率密度和零反向恢复的高级拓扑中。

  TI的数字电源创新

  德州仪器 (TI) 的数字电源技术产品组合是目前业内最全面的产品库。虽然其他供应商也许能为此行业的一个或数个细分市场提供专业的数字电源解决方案,TI宽泛的数字电源创新组合却可以满足任何可能的设计需求。