人們希望數字控制技術能為電源帶來好處，能改善電源性能和降低成本。

　　一個基本的閉環穩壓電源可以用數字電路或模擬電路實現。由于要實現更多的直接反饋電路，所以模擬控制環路變得非常復雜。大多數模擬電源在提供輔助監控和自適應性能方面受到很大的限制。數字電源控制技術的性價比和完善性優勢是很明顯的。

　　模擬電源和數字電源

　　圖1和圖2示出模擬電源和數字電源的框圖。簡化的數字電源框圖中的數字電源管理單元包括數字化輸出和監控信號的多通道ADC、實現閉環控制算法的邏輯、監控電路、數字通信接口、功率因數校正控制器等。數字電源的工作特性由存儲在非易失性存儲器中的編程數據確定。

　　圖1　傳統的模擬電源框圖

　　圖2　簡化的數字電源框圖

　　表征數字電源的4個主要特征是：可編程性，監控性能的可知性，響應性和數字環路控制。

　　數字電源控制技術為制造商和用戶提供的好處如下：

　　·無調諧環路元件，這可避免故障和誤調。

　　·較寬的穩定工作范圍。

　　·消除了物理元件公差所引起的環路不一致性，使部件重復性更好。

　　·變更/更新可人為下載。

　　·傳統電源改型只需最少或無測試方案的改變。

　　·具有產生虛擬電源元件的能力，使成本降低。

　　·較好的自診斷能力。

　　·降低系統主機要求。

　　·自動制造測試和調節，導致較好的一致性和較低的成本。

　　數字電源控制技術應用實例

　　·TI公司的Fusion Digital PowerTM器件（圖3）是數字電源控制技術應用的成功事例。UCD7K家族集成大電流MOSFET柵極驅動器、可編程模擬過流檢測和輔助電路用的3.3V線性穩壓器。此器件由分離的PWM數字電源控制器和控制邏輯（包括微處理器或DSP）驅動。UCD8K器件把PWM電路和輸出驅動器加到基本的UCD7K性能中。因為UCD8K　IC靠近模擬方式中的控制環路，所以此器件只需要外部數字控制器功能（時鐘產生，輔助工作和通信）。此IC提供電壓模式和峰值電流模式控制。工作頻率和最大占空比由來自數字控制器的輸入時鐘信號設置。在UCD9K中包含1個12位16通道ADC（工作頻率高達12.5MHz），提供數字閉環控制所需的信號。UCD9K器件可以認為是為數字電源控制定制的DSP。此IC包含所需的DSP功能、PWM、變換和通信電路。

　　圖3　TI公司Fusion數字電源家族

　　圖4　數字控制POL轉換器應用實例

　　輸出電壓由模擬PWM控制，數字設置其限值。到UCD8K的時鐘信號輸入設置開關重復頻率。軟啟動期間，時鐘脈沖寬度逐漸增大到其最大值。此脈沖寬度相當于所允許的最大伏特一秒（VS）乘積。當電源運行正常時，模擬控制環路將產生短于最大VS嵌位值的PWM脈沖。因為VS嵌位信號是數字方法產生的，所以它比直接取自模擬信號更加靈活。

　　·Zilker公司的25-AZL2005和3-AZL2105是兩款數字控制POL（負載點）轉換器。圖4示出它們的1個應用實例。系統控制器通過總線接口可以監控ZL2005/ZL2105的系統參量，包括輸入和輸出電壓、輸出電流、開關頻率和占空比、內部結溫或外部器件溫度。可以設置它們獨立的監控失效條件并當失效條件發生時通過分離引腳告知控制器。用引腳捷聯（低態，高態或開路）、電阻器或SMBus可以編程穩定的輸出電壓、導通延遲和輸出電壓斜波率。SMBus編程能提供最高的輸出電壓精度；引腳捷聯可使輸出電壓設置到0.6V~5V之間的9個電壓值；電阻器可使輸出電壓設置在0.6V~5.5V之間的電壓，步長10mV。在用一組ZL2005和ZL2105器件時，通過發送PMBus命令可以預先設置它們的上電時序。上電時序是由每個器件的I2C/SMBus地址確定的，從具有最低地址的器件開始導通，直到鏈路中的所有器件都導通。器件關閉正好相反，具有最高地址的器件先關閉，器件依次按地址高到低先后關閉。當鏈路中的所有器件都同步到相同的開關時鐘時，相位擴展是可能的。通過I2C/SMBus接口可以設置每個器件的相位偏置（相位偏置＝器件地址×45o）為0o~337.5o之間的任意值（增量22.5o）。

　　·Agilent Technologies公司把數字電源解釋為采用數字手段的電源輸送控制。這包括數字控制的所有方面，如電壓和電流電平是可編程的、用數字控制來保護末端用戶負載、輸出電壓和電流的數字調整以及電源管理等。

　　數字技術可以增強全系統控制功能。在Agilent的N6700模塊電流系統中，用數字電源管理使400W主機增加到1200W。系統以本地數字監控和每個電源的最大功率控制分配功率到每個電源。過壓和過流保護系統中的數字反饋使保護比模擬方法更快和更精確，并使元件數減少和開發簡化。

　　·EEC公司也設計和制造數字電源。ReFlex電源用固件定義的高速FPGA基等效電路代替傳統的外反饋控制環路和保護管理環路的硬件定義傳遞函數。可編程DC電源中的數字控制提供0.1%電壓編程精度和100%負載步變化的0.01%負載調整。數字控制技術使電源參量能動態和最佳自適應用戶應用。環路參量的自適應控制同時支持編程精度、調整和動態響應的最佳化。另外，數字控制技術能實現復雜的控制算法，如功率模式控制或可變轉換率控制。數字控制的靈活性和經濟性能使電源組合成串聯或并聯配置，形成虛擬電源。

　　·開關電源的數字控制

　　開關電源可以用數字電流模式控制技術。數字電流模式控制方法克服了數字電壓模式PWM控制器的很多局限性。數字電流模式控制保護晶體管免遭峰值電流，消除磁元件中的磁場“嚙合”（“ratcheting”）、抑制輸入電壓變化、簡化控制環路補償。

　　圖5　數字信號控制包括1個帶自動關閉的計數器基PWM

　　圖6　數字電流模式控制在標準定時器基PWM外設上增加1個電壓比較器和1個DAC

　　帶專用外設的數字信號控制器（DSC）可以實現數字開關電源的電流模式控制。用DSC實現開關電源設計中的電流模式控制有很多可能的方法。在數字電流模式方法中，關鏈是采用帶片上PWM外設（圖5）的DSC。兩個混合信號元件（電壓比較器和DAC）加到標準的定時器基PWM外設上（圖6）。電壓比較器提供1個關閉信號到PWM模塊，同時此信號選通占空比計數器。當占空比計數器達到零時，比較器輸出可驅動PWM輸出到零。DAC接收來自DSC的輸入信號并產生參考信號到比較器。當系統集成到數字開關電源中時，PWM模塊中的計數器啟動PWM脈沖，ADC產生1個電壓到比較器的倒相輸入（這相當于電感器所希望電流），電流反饋饋入比較器的非倒相輸入。占空比計數器隨電感器中的電流繼續計數完。若電感器電流首先達到所希望的電平，則比較器終止脈沖、電感器開始放電到輸出電容器。若PWM計數器首先達到規定的占空比值，則終止PWM脈沖。這種方法兩個最好的好處是：快速電流模式反饋，這不需要高MIPS處理器；為電流限制設置最大占空比的能力。