最近的產業趨勢顯示，用於電源轉換和電源管理的數位控制日趨成熟，數位電源帶來了大量新的設計可能性。例如，在電源管理領域，數位電源支援串列匯流排通信、電源的遠端監控和排序、軟體升級，以及老化參數的補償等等所有新特性，而不僅僅是常規功能。針對電源轉換，數位電源能夠實現數位補償和相位的自動改變。此外，在功率因數校正(PFC)這些需要電壓、電流(voltage-and current-profiling) 參加封閉迴路的應用，更適合採用數位方式，而非類比方式。
電源管理和電源轉換應用
數位電源管理顯而易見的優點是：易於通信、可編程,提供狀態報告等。這類數位控制一個經典應用例子是智慧電池系統中為筆記型電腦供電的智慧電池充電器。這個系統包含了一個智慧充電器、智慧電池和主控制器。當中，智慧充電器作為“從”設備由系統管理匯流排 (SMBus) 接收“主”控制器的命令。然後調節參數為智慧電池提供所需的電流、電壓和功率，最後再向控制器報告相關的數值。
在電源轉換應用中，尤其是那些不僅要求可編程，而且也需要電流電壓分析的應用中，以微控制器為基礎的數位架構由於具備高度靈活性，因此用途相當廣泛。
電流控制應用
在照明鎮流器應用中，電流的強度和持續時間因不同的燈管而變化，並且在預熱、點亮和變暗這三個工作階段也不一樣，故需要進行電流分析。PFC 應用也需要控制電流，電源轉換器負載消耗的電流必須與線電壓同相 (基本上具有相同的形狀) 。如果我們固定“導通”時間，在PFC升壓電感電流與輸入正弦線電壓比較，就能建立一個與線電壓成正比的電流脈衝串(每個單脈衝實際上是三角形的)。這種結構在每個電流脈衝的建立階段都表現良好。
不幸的是，電感電流的相位衰減由準恒定的PFC輸出電壓和範圍變化很大的整流正弦輸入電壓差決定，不正常地拉長了每一個電流脈衝。這就產生了電流的總體失真(三次諧波失真)。不過，這個失真量完全可以預測，並能夠輸入到ROM表中，用於調節PFC級的“導通”時間，補償這種誤差。採用快捷半導體FMS7401微控制器便可實行這種控制。
硬連線架構
由於傳統演算法是連續而有序的，需要幾個時鐘週期來執行一條指令，因此它們的速度很慢，不適合於那些要求快速回應的應用。另一方面，硬連線數位電源轉換的實現比軟體代碼執行有更快速的瞬態回應。圖1例示了這種數位控制架構，其中，輸入誤差信號(Vfb–Vref)通過類比數位轉換器(ADC)轉換為數位信號，使比例-積分-微分(PID)補償和數位脈衝寬度調變(DPWM)都在數位控制下完成。
圖1：數位控制迴路
數位和類比的對比
在筆記型電腦或手機的電源應用中，由於必需在輕載時減小功耗，因此需要進行控制模式改變，面對這種情況，使用硬連線數位電源轉換將會更為恰當。這一般會在從PWM演算法轉換到PFM (脈衝頻率調變)演算法時出現。在PFM模式中，頻率隨負載調節，輕載時產生較低的頻率，從而降低開關損耗。
在類比系統中，這種模式改變一般出現在負載變化時,比如從一個控制迴路(PWM)突然跳轉到另一個控制迴路(PFM)。該類演算法的非連續性將會導致輸出有某種程度的暫時損耗。
在這種系統中，數位控制可以避免調節損耗的風險，並省下了為實現此類非連續性控制而需要的增加的 成本。圖2所示的 FAN5608雙通道LED驅動器產品，便是這種數位控制在超攜帶型應用設計的例子。其中，數位控制迴路很容易根據負載的要求改變“導通”脈衝的持續時間，或者是能量在電感中積累的時間。較之導通時間恒定不變、需要更多時鐘週期來產生相同電流的類比控制，這種數位控制瞬態回應更快。圖3所示為用FAN5608驅動8個LED的參考電路板。
圖2：帶有FAN5608白光LED驅動器的方案
圖3：驅動8個LED的 參考電路板
結語
一般而言，數位控制具有線上改變控制迴路補償參數的能力，更適應寬範圍負載變化的應用且對電路版圖設計要求不高，故可以提供比模擬方案更穩定的解決方案。它還能夠校準系統中的外部誤差，尤其是外部低成本元件的容差錯誤。具有提高成品良率、降低測試成本和總材料清單成本的潛力。既然數位功率擁有如此多優勢，吸引了廣泛的關注，但為什麼市場份額卻不多呢？答案在於以下事實：市場本身很清楚地表明，只有在成本相當的情況下，數位方案才會優於類比方案成為首選。因此，惟有那些不斷利用最小的成本、更靈活架構來解決客戶問題且成本不會高於同類類比產品的數位電源產品才會獲得成功。
電源管理和電源轉換應用
數位電源管理顯而易見的優點是：易於通信、可編程,提供狀態報告等。這類數位控制一個經典應用例子是智慧電池系統中為筆記型電腦供電的智慧電池充電器。這個系統包含了一個智慧充電器、智慧電池和主控制器。當中，智慧充電器作為“從”設備由系統管理匯流排 (SMBus) 接收“主”控制器的命令。然後調節參數為智慧電池提供所需的電流、電壓和功率，最後再向控制器報告相關的數值。
在電源轉換應用中，尤其是那些不僅要求可編程，而且也需要電流電壓分析的應用中，以微控制器為基礎的數位架構由於具備高度靈活性，因此用途相當廣泛。
電流控制應用
在照明鎮流器應用中，電流的強度和持續時間因不同的燈管而變化，並且在預熱、點亮和變暗這三個工作階段也不一樣，故需要進行電流分析。PFC 應用也需要控制電流，電源轉換器負載消耗的電流必須與線電壓同相 (基本上具有相同的形狀) 。如果我們固定“導通”時間，在PFC升壓電感電流與輸入正弦線電壓比較，就能建立一個與線電壓成正比的電流脈衝串(每個單脈衝實際上是三角形的)。這種結構在每個電流脈衝的建立階段都表現良好。
不幸的是，電感電流的相位衰減由準恒定的PFC輸出電壓和範圍變化很大的整流正弦輸入電壓差決定，不正常地拉長了每一個電流脈衝。這就產生了電流的總體失真(三次諧波失真)。不過，這個失真量完全可以預測，並能夠輸入到ROM表中，用於調節PFC級的“導通”時間，補償這種誤差。採用快捷半導體FMS7401微控制器便可實行這種控制。
硬連線架構
由於傳統演算法是連續而有序的，需要幾個時鐘週期來執行一條指令，因此它們的速度很慢，不適合於那些要求快速回應的應用。另一方面，硬連線數位電源轉換的實現比軟體代碼執行有更快速的瞬態回應。圖1例示了這種數位控制架構，其中，輸入誤差信號(Vfb–Vref)通過類比數位轉換器(ADC)轉換為數位信號，使比例-積分-微分(PID)補償和數位脈衝寬度調變(DPWM)都在數位控制下完成。
圖1：數位控制迴路
數位和類比的對比
在筆記型電腦或手機的電源應用中，由於必需在輕載時減小功耗，因此需要進行控制模式改變，面對這種情況，使用硬連線數位電源轉換將會更為恰當。這一般會在從PWM演算法轉換到PFM (脈衝頻率調變)演算法時出現。在PFM模式中，頻率隨負載調節，輕載時產生較低的頻率，從而降低開關損耗。
在類比系統中，這種模式改變一般出現在負載變化時,比如從一個控制迴路(PWM)突然跳轉到另一個控制迴路(PFM)。該類演算法的非連續性將會導致輸出有某種程度的暫時損耗。
在這種系統中，數位控制可以避免調節損耗的風險，並省下了為實現此類非連續性控制而需要的增加的 成本。圖2所示的 FAN5608雙通道LED驅動器產品，便是這種數位控制在超攜帶型應用設計的例子。其中，數位控制迴路很容易根據負載的要求改變“導通”脈衝的持續時間，或者是能量在電感中積累的時間。較之導通時間恒定不變、需要更多時鐘週期來產生相同電流的類比控制，這種數位控制瞬態回應更快。圖3所示為用FAN5608驅動8個LED的參考電路板。
圖2：帶有FAN5608白光LED驅動器的方案
圖3：驅動8個LED的 參考電路板
結語
一般而言，數位控制具有線上改變控制迴路補償參數的能力，更適應寬範圍負載變化的應用且對電路版圖設計要求不高，故可以提供比模擬方案更穩定的解決方案。它還能夠校準系統中的外部誤差，尤其是外部低成本元件的容差錯誤。具有提高成品良率、降低測試成本和總材料清單成本的潛力。既然數位功率擁有如此多優勢，吸引了廣泛的關注，但為什麼市場份額卻不多呢？答案在於以下事實：市場本身很清楚地表明，只有在成本相當的情況下，數位方案才會優於類比方案成為首選。因此，惟有那些不斷利用最小的成本、更靈活架構來解決客戶問題且成本不會高於同類類比產品的數位電源產品才會獲得成功。
