电源管理：数字化趋热 应用尚难普及

电源管理：数字化趋热 应用尚难普及

　　随着数字化浪潮的普及，一直以模拟信号为主导的电源管理领域也开始引入数字化概念，许多公司如TI、Zilker Labs等都推出了各自的数字电源产品。“数字”电源方兴未艾，据iSuppli市场调查报告显示，整个数字电源市场将在2006年实现创收1.68亿美元左右，业界估计年复合增长率在今后几年将超过100%。

　半导体公司看好数字电源

　　更大集成度、更高效率、更快瞬时响应及更高灵活性成为数字电源广受青睐的理由。相对来讲，DSP控制的电源采用数字滤波方式，较MCU控制的电源更能满足复杂的电源需求、实时反应速度更快、电源稳压性能更好。目前市场已经开始有应用，有专家认为未来数字电源将会有更快发展。

　　Zilker Labs公司市场营销副总裁Jim Templeton在接受《中国电子报》记者采访时表示：“数字电源是我们看好的一个新领域，数字电源的特点是可轻松配置、无需编程、电压跟踪、排序及边际设定方便，一个Zilker的混合信号管理和转换IC可以替代几颗芯片。如我们的ZL2005就可以替代电源排序器与控制器、电压边际设定器、DC/DC转换器3颗芯片。”他强调：“我们的产品可以减小PCB所需元件数量、降低设计的复杂性从而加速新产品的面市时间。”

　　Jim解释说：“与模拟电源管理方案相比，我们的方案只需要很少的外围元件就能工作。”另外他强调：“我们的方案还可以设定电流的限制，这样不会出现电压调整因为大电流烧毁设备的情况，而在模拟电源中，缺乏这样对电流的限制。”

　　由于数字电源管理芯片目前成本还比较高，所以主要应用是一些需要精确电压控制的领域如电信设备、服务器等，Jim也表示：“随着工艺的改进和技术演进，未来Zilker也会把该产品推向消费电子领域。”

高端应用数字电源有优势

　　高集成度和灵活性是数字电源的主要特点。在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品可能更具优势，而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中，数字电源则具有更大的优势。

　　德州仪器C2000 DSP控制器产品部中国区经理谭徽认为数字电源的好处是可编程，比如通信、检测、遥测等所有功能都可用软件编程实现。另外，数字电源具有高性能和高可靠性，非常灵活，成本也比较低。他认为简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品更具优势，因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现，而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中，数字电源则具有优势。

　　ADI电源及电脑温度管理产品市场经理Laurence McGarry认为，对于一个简单的、固定功能的应用，模拟电源管理可能保持较大的成本竞争力。对于要求灵活性和(或)通信的较复杂功能的IC，数字电源管理不仅具有低成本竞争力并且在许多情况下可能是唯一的选择。

　　为满足更高端、更复杂的电源管理需求，数字技术正在逐渐应用在电源管理解决方案中，数字电源已经开始应用在移动通信设备、便携式娱乐设备、白色家电、车载设备等电子设备之中。但同时也有专家认为，从目前的应用看，由于成本和复杂度问题，数字电源的应用还难以很快普及。

记者观点

　　数字电源被市场接受有难度

　　数字电源IC有它的优势所在，但让客户接受它，那它必须做得要比模拟电源IC还要好。Zilker Labs公司市场营销副总裁Jim Templeton认为，目前数字电源IC还存在着三个方面的弱点，一是价格高；二是效率不高；三是使用困难(需要编程)。而Zilker Labs向市场推出的第一款品牌产品ZL2005就能克服数字电源普及的障碍，同时效率又能超过模拟电源的解决方案，从而使数字电源解决方案达到了模拟电源解决方案的高效率。

　　“我们汲取了这两个领域的精华，即模拟电源解决方案的高性能、高效率和速度快以及数字电源解决方案的高灵活性、可扩展和高度可控制的优势，开发出我们创新的混合信号电源技术。”Jim Templeton说。

　　Databeans分析师认为，数字电源目前的主要问题是，电源工程师还不习惯编程。

　　德州仪器C2000 DSP控制器产品部中国区经理谭徽强调，数字电源进入消费电子领域，其实困难之一是人的因素，此前采用模拟技术的工程师，一下子转到数字设计，不是很适应，数字电源设计门槛也确实比较高，因此，作为在这一领域比较领先的公司，TI也正在采取一些措施来降低设计门槛，其中一个方法就是我们专门开设了一个数字电源的网页，为工程师提供参考设计，其中包括软件和硬件，我们也欣喜地看到，数字电源产品的开发周期变得越来越短。

　　数字电源为电源功能的扩展以及更加优良的控制提供了广阔的空间，虽然目前数字电源管理技术还在商品化的初期阶段，目前数字电源管理解决方案应用范围还将暂时局限在服务器用的电源供应器、UPS等产品单价相对比较高的领域，但随着技术的发展，数字电源管理终究是一条整个电子业界不得不走的路。今天选择以大型IT设备为起点，未来将扩展到各种嵌入式应用，甚至包含手机在内的可携式应用，都是未来各半导体厂商预备推广数字电源管理的应用市场。

　厂商观点

　Zilker Labs市场营销副总裁Jim Templeton：

　　数字电源综合成本并不高

　　数字电源提供很多种特色，主要是在电源管理方面，它可以将电源的转换与管理结合在一起，这是数字电源里面极大的特点，可以使客户设计电源进展特别快。我们的技术使许多功能集成到内部，这样外围的器件就非常少，所以对于客户来讲，设计非常简单。数字电源集成了许多功能在里面，相对模拟技术，外围的器件也是要花一些成本的，这样我们觉得数字电源的成本要比模拟电源的成本要高，但实际上，综合起来比较的话，数字电源的成本并不高。

　　对于目前数字电源与模拟电源的各自的市场份额，业界很多分析家预测数字电源今年是1.7亿美元，预计到2011年，预计为10亿美元。最近，Zilker Labs推出业界首款整合了全数字电源管理功能的3A电源转换单芯片解决方案。ZL2105将Zilker Labs的创新Digital-DC技术扩展到了低功耗应用领域中，并且在6mm×6mm的小型封装中将同步降压转换器(包括同步功率MOSFET)与关键电源管理功能进行了完美结合。具有全数字电源管理功能的ZL2105仅需不足两平方厘米的板面空间，这表明其尺寸及元件数减少了50%。

　　如同所有Digital-DC IC，ZL2105可作为数字构建块，能够与其他Digital-DC器件进行完美结合，以提供面向板装电源管理与转换应用的全面解决方案。

　　ZL2105是添加到我们Digital-DC产品系列中的关键产品，它使我们离简化高级电源设计这一目标的实现更近了一步。ZL2105将我们现有ZL2005的数字电源管理功能、简单的可配置性及高效率结合到了非常适用于低功耗应用的单个部件中。客户可将多个Digital-DC器件整合在一个给定的PCB上，并可轻松配置这些部件，以简化复杂的电源设计。只有我们的解决方案才能够提供板级电源的“即插即用”体验。

　　目前技术难点方面，现在客户大多数要求的电压都很低，电流很高，这是一个普遍现象，客户想要的是产品特性的兼容。我们在下一代的产品会继续继承电池的高效性与连接力的特点，所以我们推出的产品都要是符合市场需求的，Zl2005是我们第1个产品，ZL2105是我们的第2个新产品，我们的ZL2005跟它是兼容的，所以我们的挑战就是，后面的产品都要根前面的产品兼容到一起。目前我们的产品表面看就单是一个PC单板，但并不是那么简单，还有些多板的监控存在。还有就是要把生产线扩大，使以后的产品成为一个大家族。虽然Zilker Labs是一个新崛起的公司，但在业界可以排到前三名。

　　客户对我们的技术是十分信任的，很喜欢我们的产品。像有的客户原先用我们的产品去设计它其中的一个项目，但现在它全部用我们的产品去支持它的项目设计。对于价格，客户是很高兴的，因为既可以省钱，也可以很快地完成设计，得到了双重的好处。

　　目前数字电源的市场推动力包括DSP、FPGA、Memory等。数字电源在中国市场的需求很大，机会也很多。

德州仪器C2000 DSP控制器产品部中国区经理谭徽：

　　数字电源开发周期正在缩短

　　数字电源是一个新兴的产品领域，对于数字电源的概念，业界还没有一个统一的定义。对于TI的C2000产品来讲，它支持的数字电源是一个全数字化的解决方案：电源的实时控制部分和系统的管理、监控完全采用数字化的CPU来实现。现在，有些电源产品核心的控制部分采用模拟技术，但增加了数字化监测或管理功能，这样的电源产品有时候也称为数字电源。相对于传统的方案，全数字化电源带来很大的变化，比如电源的负载情况非常复杂，用传统的模拟电源来做需要复杂的处理电路，整个控制环路实现数字化以后，控制部分完全是用软件来实现，而不再是用模拟电路来实现，因此，控制策略可以非常灵活。当然，这就要求CPU的控制速度要非常快，这是TI的C2000控制器的优势之一,它目前的最高运行速度达到150MHz。

　　作为一个电源的数字化系统方案平台，C2000不仅提供了丰富的通信接口，如CAN，SCI，SPI等等，还在芯片上集成了非常高性能的A/D转换模块和PWM控制模块,C2000在片上的A/D模块的最高采样转换速率可以达到80nS，也就是说，在1秒钟之内，它可以完成12.5兆次采样。其片上的PWM模块，更是目前针对于电源控制提供的最专业的数字化控制模块,对于AC/DC，DC/DC变换电路的各类拓扑驱动，如多相PFC、移相全桥的ZVS、ZCS的PWM驱动，都可以在这一模块上非常方便地实现。此外，它提供的高精度PWM输出功能(HRPWM)，在业界独一无二,其输出分辨率可以高达150pS。这一高精度PWM功能可以在电源的开关频率高达1MHz的情况下，保持约12.4位的输出精度。这一技术被看作是模拟电源向数字电源过渡的瓶颈的巨大突破。

　　从目前电源产品发展趋势来看，目前一些电源厂商已经采用TI的C2000平台实现了电源的数字化，其对应的产品系列也在快速增长。随着越来越多的数字电源产品的面世，数字电源的优势已经得众多厂商和用户的认可，这也使近年来数字电源的发展一直处于加速过程。其背后最主要的推动力之一，就是采用软件代替硬件后，给电源产品的设计、生产、维护等方面所带来的前所未有的灵活性。电源产品的设计生产很复杂，一旦用硬件来实现产品功能，改变或扩充功能就非常困难，而用软件就非常方便。基于这样一个数字化的应用开发平台，电源供应商可以在最短的时间内为其用户提供针对性的解决方案。

　　电源其实是一个对成本要求特别高的产品。我们目前看到的数字电源一般都是在200W以上的大功率。在这样一个功率级别上，用CPU代替传统的模拟技术，其成本优势也就显现出来。目前，因此近年来数字化电源已经成为业界的一个热门话题。

　　面对消费电子领域的应用，数字电源同样有应用潜力，比如对于大屏幕电视，数字电源就比较有优势。对成本，无论是工业界还是消费电子领域，对成本都是比较关注的，进入工业界的时候一定要比模拟技术成本低、性能好，才会有市场机会，进入消费电子领域也是同样的。数字电源进入消费电子领域，其实困难之一是人的因素，此前采用模拟技术的工程师，一下子转到数字设计，不是很适应，数字电源设计门槛也确实比较高，因此，作为在这一领域比较领先的公司，TI也正在采取一些措施来降低设计门槛，其中一个方法就是我们专门开设了一个数字电源的网页，为工程师提供参考设计，其中包括软件和硬件，我们也欣喜地看到，数字电源产品的开发周期变得越来越短。

ADI电源及电脑温度管理产品市场经理Laurence McGarry：

　　数字电源可提供更大灵活性

　　模拟电源管理包括传统的脉冲带宽调制(PWM)控制器。一般来说，这些控制器用于完成已知电源结构和应用的控制和固定功能。这种方法通常限制采用控制器扩展其应用的灵活性。数字电源的定义至少可分为三个组成部分：第一，数字电源管理或混合解决方案。第二，数字控制和管理。第三，数字信号处理器(DSP)。

　　模拟电源管理设备倾向于适合于用硬件完成固定或定制的功能性设备。如果对应用有彻底的理解并且设计相当简单，无需和外部通信，那么模拟电源更有可能提供最经济有效的解决方案。数字电源设备(包括控制设备和管理设备)可适合于为用户提供更大的灵活性，从而设备可编程并且定制性能模式以适合单独客户的要求。通过数字总线与该设备通信使用户回读关键性能数据并且做优化设备性能的调整。因此，在要求高级别的复积分、设计和特定用户要求之间的灵活性、和(或)智能系统管理的应用中，数字电源可能具有优势。

　　目前，模拟电源管理解决方案占电源管理市场的绝大部分。但是，有许多证据表明数字电源市场正在增加。数字电源可能在要求高复杂度和(或)需要与系统处理器通信信息应用领域提高市场份额。因此，其切入点可能在AC/DC电源系统，稍后将转移到带隔离DC/DC电源系统，然后是不带隔离的DC/DC(稳压器)电源系统。对数据通信回读和动态性能调节以提高系统效率和利用率的系统要求将加速数字电源的采用。

　　对于一个简单的、固定功能的应用，模拟电源管理可能保持较大的成本竞争力。对于要求灵活性和(或)通信的较复杂功能的IC，数字电源管理不仅具有低成本竞争力并且在许多情况下可能是唯一的选择。

　　ADM1041是ADI公司2004年推出的数字电源管理、电源控制器解决方案，针对AC/DC和DC/DC电源供电。ADM1041在电源产业的市场份额已显著提高并且成功用于所有主要的高密度应用原始设备制造商。ADI于今年5月推出了一系列用于刀片服务器、刀片个人计算机和先进电信计算架构卡，满足降低功耗、成本和散热难题要求的数字电源监视器。

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