數字電源有很多種形態，在幾乎所有的數字轉換器中，一個共同的元素是具有通信總線，通常基于PMBus協議。

第一類數字電源可以執行各種監視和控制功能的管理IC，但是沒有嵌入在功率轉換器中。第二類是在帶有模擬控制回路的功率轉換器中嵌入數字通信，這通常被稱為“數字封包（digital wrapper）”。第三類是增加一個外部數字控制回路，以快速控制模擬回路。最后，還有全數字控制的功率轉換器，完全取消了模擬控制回路。

數字電源優勢

通過采用先進的控制算法，數字電源可以動態地改變控制參數，使系統適應輸入和負載的變化。此外的好處是，電源系統中的關鍵部件可以合并成一個芯片。

模擬和數字電源控制的區別。（圖片：Microchip）

數字電源可以在多個操作模式下方方面面地優化效率。對于PFC-Boost變換器，通過在較低的開關頻率下操作變換器，可以在較輕的負載時降低開關損耗。由于負載較輕，磁控技術仍能處理較低的開關頻率。如果采用了交錯式PFC變換器，則可以在輕負載下關斷一相。類似地，對于移相全橋變換器，通過關閉同步Mosfet的開關并使用體二極管，可以在輕負載下消除額外的開關損耗。

另一個例子是Buck變換器的應用。同步Buck變換器通常是大電流輸出的首選。然而，使用同步MOSFET會在輕負載下產生循環電流，造成更高的損耗。因此，當Buck變換器以不連續電流模式工作時，可以使同步/續流（free wheeling）MOSFET失效。

許多新技術可以在數字域中實現，這些技術幾乎不可能或太復雜而無法在模擬域中實現。一個例子是非線性控制系統的實現。它還可以實時改變控制回路，動態地改變系統的工作條件，例如，改變輸入和輸出負載條件。

數字電源管理集成電路

數字電源管理芯片是數字電源的最基本形式。設備可用于實現各種電力系統管理功能，如提供單個DC/DC轉換器的增強監視和控制的數字監控器、具有數字監控功能的熱插拔控制器、帶有PMBus接口的系統電源管理IC等等。

Vicor的D44TL1A0是一款數字電源系統控制器，系統控制器可以通過隔離的UART接口和最多四個具有PMBUS的BCM（Bus Converter Modules）進行通信。通過D44TL1A0，主處理器可以配置、設置保護限值和監控每個BCM。

Maxim的MAX16545B/C是一款斷路器保護IC，集成低電阻MOSFET和無損電流檢測電路，具有PMBus/SMBus遙測功能，具有廣泛的狀態監測和報告功能。該芯片旨在為系統12V電源的分配、控制、監控和保護提供最佳解決方案。內部LDO為保護IC提供偏置電源電壓。提供了三種過電流保護方法。可編程的中等電壓OCP電平允許在有限的時間內抵抗浪涌電流。如果檢測到電流嚴重超過OCP閾值，用戶可使用OCP電平提供快速斷開連接。一個額外的固定高電壓關閉OCP提供瞬時斷開功能，以進一步保護設備。

具有PMBus控制引腳的MAX16545B/C斷路器保護IC的典型應用電路。（圖片：Maxim）

針對熱插拔應用，ADI提供了ADM1075，這是一種負電壓熱插拔控制器，具有恒定功率回退和高精度數字電流和電壓測量，允許安全地將電路板從帶電的?48V DC背板上插入或移除。該器件提供精確和穩健的電流限制和保護，以防止瞬態和非瞬態短路以及過壓和欠壓保護。

電流、電壓和功率測量可以由PMBus命令啟動，可設置為連續運行模式。用戶可以在需要時讀取最新的轉換數據。還提供了一個功率累加器來報告在用戶指定的時間段內消耗的總功率（總能量）。

TI的LM25056A結合了高性能模擬和數字技術以及PMBus接口，可精確測量電氣系統的工作狀態，包括連接到背板電源總線的計算和存儲設備。該器件連續向系統管理主機提供實時的電源、電壓、電流和溫度數據。

數字封包

數字封包以各種格式提供，從非常簡單的功率轉換器芯片到復雜的系統控制器。IR38063 PMBus SupIRBuck是英飛凌一款具有I2C/PMBus接口的全集成DC/DC調節器。IR38063可以通過PMBus進行綜合配置，配置存儲在系統中。此外，PMBus命令允許運行時控制、故障狀態檢測和遙測。IR38063還可以作為標準模擬調節器運行，無需任何編程，并且可以提供模擬輸出的電流和溫度遙測。

Microchip提供其數字增強功率模擬（DEPA）控制器，該控制器包含模擬控制回路和數字監控，使用模擬基準、放大器和PWM發生器調節輸出，同時由一個嵌入式8位MCU進行配置、監控、測量和動態調整。這使得系統能夠報告遙測，動態地進行操作調整，并使用定制的、特定于應用程序的代碼來響應故障。如果沒有這種額外的集成，靈活、健壯的設計可能需要單獨的芯片來調節輸出，調整調節器的操作，測量結果，并在系統外部傳遞信息。

數字和模擬混合控制器

STNRGPF01是由ST開發的一種數字可配置ASIC，可在工業應用的交錯PFC中驅動多達三個通道。STNRGPF01實現混合信號（模擬/數字）控制。電流內環由硬件實現，電壓外環采用數字PI控制器。該器件對電壓和電流回路進行級聯控制，通過作用于電感總平均電流來調節輸出電壓。模擬部分確保循環電流調節，而數字控制管理非實時操作。

STNRGPF01用于三相交錯PFC應用，分為內部模擬控制部分和外部數字控制部分。（圖片：ST）

STNRGPF01實現了一種靈活的切相策略，該策略能夠根據實際負載條件來實現正確的PFC通道。通過此功能，STNRGPF01始終能夠在各種負載電流要求下保證最高的功率效率。

Microchip基于其PIC MCU提供其核心獨立外圍（CIP core independent peripheral）混合電源控制器。這些MCU通過結合模擬和數字外圍設備的靈活性來實現功率控制的混合方法，這些外圍設備可以在運行時配置，使MCU能夠控制各種拓撲結構。由于CIP被設計為獨立于內核運行，因此它們釋放了CPU性能，來執行通信和協調任務。一個控制器可以管理多達四個獨立的功率轉換階段。該解決方案設計用于管理智能固態照明、汽車和樓宇自動化的高級調光、電池充電、多級功率排序以及物聯網智能電源應用。

純數字控制器

TI和英飛凌提供純基于Arm的數字控制器。UCD3138是TI的數字電源控制器，在單芯片解決方案中提供高集成度和高性能水平。UCD3138的靈活特性使其適用于各種功率轉換應用。此外，設備內部的多個外圍部件經過專門優化，以提高AC/DC和隔離DC/DC應用程序的性能，并減少IT和網絡基礎設施解決方案的外圍元器件數量。

UCD3138控制器的核心是數字控制環路外圍設備，也稱為數字功率外圍設備（DPP）。每個DPP實現一個高速數字控制回路，包括一個專用的誤差模數轉換器（EADC）、基于PID的2極/2零數字補償器和具有250ps脈沖寬度分辨率的DPWM輸出。該設備還包含一個12位267 ksps的通用ADC，最多有14個通道、定時器、中斷控制、PMBus和UART通信端口。

XDPP1100是英飛凌高集成和可編程數字電源控制器。該設備為具有隔離拓撲的48V DC/DC電源應用提供了先進的控制解決方案。XDPP1100設備具有許多優化的電源處理模塊和預先編程的外圍設備，以增強隔離的DC/DC轉換器的性能，減少外圍組件，并將固件開發工作減至最少。

控制器還為系統通信、高級功率轉換和監控提供精確遙測的PMBus接口。集成的電流傳感能力和緊湊的芯片尺寸（24pin 4平方毫米）可以通過取消各種周邊元件，而大大減小解決方案的尺寸。XDPP1100包括一個高性能模擬前端、基于狀態機的數字控制環路和一個Arm Cortex M0。

責任編輯：haq