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通過改進數(shù)位電源技術來提升云端設備節(jié)能效率

鉅大LARGE  |  點擊量:986次  |  2019年12月27日  

在節(jié)能趨勢催化下,數(shù)位電源已打進PC和通訊領域等主流市場,并逐漸滲透至其他電子領域。由于數(shù)位電源可減少周邊元件數(shù)量,并擁有更優(yōu)異的即時控制與軟體配置功能,將逐漸接替類比電源的地位,快速擴大市場滲透率。


關于交換式電源設計方案,數(shù)位電源已成熱門話題,然而,一般工程師直覺反應就是為何要跳脫熟悉的類比設計,轉而追求數(shù)位電源。主要塬因即為市場須要較傳統(tǒng)類比電源更高性能,且成本相去不遠的新一代電源控制解決方案。


尤其在云端運算(CloudComputing)服務蓬勃發(fā)展之際,伺服器激增導致大量耗電,讓資料中心業(yè)者對設備節(jié)能要求更加嚴格;而用戶端設備也訴求長時間待機能力,促使電源設計架構翻新。種種新的節(jié)能要求,無疑也為壯大數(shù)位電源設計助一臂之力。


數(shù)位電源定義分兩類


數(shù)位電源一般有兩種定義可循,首先是帶有數(shù)位介面的電源設計,例如電源管理匯流排(PMBus)和I2C的模擬電源解決方案。其中的數(shù)位介面功能因產業(yè)需求而異,從只報告基本的狀態(tài)監(jiān)測資料,包括電壓、電流和溫度等參數(shù),到能夠改變類比調節(jié)器內的功能。這類產品通常具有電壓模式、電流模式或其他模式的類比閉環(huán)功能。


至于第二種定義則屬于正統(tǒng)的純數(shù)位控制電源,其數(shù)位域中包含一種閉環(huán)功能,通過閉合環(huán)路,讓用戶幾乎能控制每一種有關電源調變的功能。設計數(shù)位電源的主要動機就是以具有競爭力的價格實現(xiàn)更高的控制、效率和遙測水準;同時整合典型的模擬功能,進一步縮小晶片尺寸和降低元件數(shù)量,促進輕薄化電子設備的設計成形。


數(shù)字電源設計方式多樣


至于數(shù)位電源的設計方式,一般可分為叁類,包括第一種以數(shù)位訊號處理器(DSP)或微控制器(MCU)為核心的方案,第二種采用現(xiàn)場可編程閘陣列(FPGA),以及第叁種以專用狀態(tài)機為主的設計形式。


通常系統(tǒng)功能要求愈復雜,采用DSP或MCU的可能性就愈高,而此類設計要求電源工程師能利用內核編寫和編譯代碼,同時也要提升管理軟體品質與安全問題等,故高階交流對直流(AC-DC)電源通常采用DSP。至于以MCU構成的類比模組來達成數(shù)位電源設計并不理想,雖同樣能提供很多功能,且比FPGA或狀態(tài)機提供的更多,但器件很少能達到最佳性能。儘管MCU很靈活,但并不常用于高性能系統(tǒng)。


與此同時,F(xiàn)PGA則很少用于數(shù)位電源,因其不一定具有合適的類比轉數(shù)位介面;另外,狀態(tài)機屬于專用器件,其邏輯閘數(shù)和成本最低。對于需要高靈活性的設計而言,工程團隊須考慮、規(guī)定和實現(xiàn)各種特性,可與任何具有足夠特性的解決方案一樣靈活。


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