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隨著數(shù)字化浪潮的普及，一直以模擬信號(hào)為主導(dǎo)的電源管理領(lǐng)域也開始引入數(shù)字化概念，許多公司如TI、Zilker Labs等都推出了各自的數(shù)字電源產(chǎn)品。“數(shù)字”電源方興未艾，據(jù)iSuppli市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告顯示，整個(gè)數(shù)字電源市場(chǎng)將在2006年實(shí)現(xiàn)創(chuàng)收1.68億美元左右，業(yè)界估計(jì)年復(fù)合增長(zhǎng)率在今后幾年將超過100%。
半導(dǎo)體公司看好數(shù)字電源
更大集成度、更高效率、更快瞬時(shí)響應(yīng)及更高靈活性成為數(shù)字電源廣受青睞的理由。相對(duì)來(lái)講，DSP控制的電源采用數(shù)字濾波方式，較MCU控制的電源更能滿足復(fù)雜的電源需求、實(shí)時(shí)反應(yīng)速度更快、電源穩(wěn)壓性能更好。目前市場(chǎng)已經(jīng)開始有應(yīng)用，有專家認(rèn)為未來(lái)數(shù)字電源將會(huì)有更快發(fā)展。
Zilker Labs公司市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Jim Templeton表示：“數(shù)字電源是我們看好的一個(gè)新領(lǐng)域，數(shù)字電源的特點(diǎn)是可輕松配置、無(wú)需編程、電壓跟蹤、排序及邊際設(shè)定方便，一個(gè)Zilker的混合信號(hào)管理和轉(zhuǎn)換IC可以替代幾顆芯片。如我們的ZL2005就可以替代電源排序器與控制器、電壓邊際設(shè)定器、DC/DC轉(zhuǎn)換器3顆芯片�！彼麖�(qiáng)調(diào)：“我們的產(chǎn)品可以減小PCB所需元件數(shù)量、降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜性從而加速新產(chǎn)品的面市時(shí)間�！�
Jim解釋說：“與模擬電源管理方案相比，我們的方案只需要很少的外圍元件就能工作�！绷硗馑麖�(qiáng)調(diào)：“我們的方案還可以設(shè)定電流的限制，這樣不會(huì)出現(xiàn)電壓調(diào)整因?yàn)榇箅娏鳠龤гO(shè)備的情況，而在模擬電源中，缺乏這樣對(duì)電流的限制�！�
由于數(shù)字電源管理芯片目前成本還比較高，所以主要應(yīng)用是一些需要精確電壓控制的領(lǐng)域如電信設(shè)備、服務(wù)器等，Jim也表示：“隨著工藝的改進(jìn)和技術(shù)演進(jìn)，未來(lái)Zilker也會(huì)把該產(chǎn)品推向消費(fèi)電子領(lǐng)域。”
高端應(yīng)用數(shù)字電源有優(yōu)勢(shì)
高集成度和靈活性是數(shù)字電源的主要特點(diǎn)。在簡(jiǎn)單易用、參數(shù)變更要求不多的應(yīng)用場(chǎng)合，模擬電源產(chǎn)品可能更具優(yōu)勢(shì)，而在可控因素較多、實(shí)時(shí)反應(yīng)速度更快、需要多個(gè)模擬系統(tǒng)電源管理的、復(fù)雜的高性能系統(tǒng)應(yīng)用中，數(shù)字電源則具有更大的優(yōu)勢(shì)。
德州儀器C2000 DSP控制器產(chǎn)品部中國(guó)區(qū)經(jīng)理譚徽認(rèn)為數(shù)字電源的好處是可編程，比如通信、檢測(cè)、遙測(cè)等所有功能都可用軟件編程實(shí)現(xiàn)。另外，數(shù)字電源具有高性能和高可靠性，非常靈活，成本也比較低。他認(rèn)為簡(jiǎn)單易用、參數(shù)變更要求不多的應(yīng)用場(chǎng)合，模擬電源產(chǎn)品更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠鋺?yīng)用的針對(duì)性可以通過硬件固化來(lái)實(shí)現(xiàn)，而在可控因素較多、實(shí)時(shí)反應(yīng)速度更快、需要多個(gè)模擬系統(tǒng)電源管理的、復(fù)雜的高性能系統(tǒng)應(yīng)用中，數(shù)字電源則具有優(yōu)勢(shì)。
ADI電源及電腦溫度管理產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Laurence McGarry認(rèn)為，對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的、固定功能的應(yīng)用，模擬電源管理可能保持較大的成本競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于要求靈活性和(或)通信的較復(fù)雜功能的IC，數(shù)字電源管理不僅具有低成本競(jìng)爭(zhēng)力并且在許多情況下可能是唯一的選擇。
為滿足更高端、更復(fù)雜的電源管理需求，數(shù)字技術(shù)正在逐漸應(yīng)用在電源管理解決方案中，數(shù)字電源已經(jīng)開始應(yīng)用在移動(dòng)通信設(shè)備、便攜式娛樂設(shè)備、白色家電、車載設(shè)備等電子設(shè)備之中。但同時(shí)也有專家認(rèn)為，從目前的應(yīng)用看，由于成本和復(fù)雜度問題，數(shù)字電源的應(yīng)用還難以很快普及。
數(shù)字電源被市場(chǎng)接受有難度
數(shù)字電源IC有它的優(yōu)勢(shì)所在，但讓客戶接受它，那它必須做得要比模擬電源IC還要好。Zilker Labs公司市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Jim Templeton認(rèn)為，目前數(shù)字電源IC還存在著三個(gè)方面的弱點(diǎn)，一是價(jià)格高；二是效率不高；三是使用困難(需要編程)。而Zilker Labs向市場(chǎng)推出的第一款品牌產(chǎn)品ZL2005就能克服數(shù)字電源普及的障礙，同時(shí)效率又能超過模擬電源的解決方案，從而使數(shù)字電源解決方案達(dá)到了模擬電源解決方案的高效率。
“我們汲取了這兩個(gè)領(lǐng)域的精華，即模擬電源解決方案的高性能、高效率和速度快以及數(shù)字電源解決方案的高靈活性、可擴(kuò)展和高度可控制的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)出我們創(chuàng)新的混合信號(hào)電源技術(shù)。”Jim Templeton說。
Databeans分析師認(rèn)為，數(shù)字電源目前的主要問題是，電源工程師還不習(xí)慣編程。
德州儀器C2000 DSP控制器產(chǎn)品部中國(guó)區(qū)經(jīng)理譚徽強(qiáng)調(diào)，數(shù)字電源進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域，其實(shí)困難之一是人的因素，此前采用模擬技術(shù)的工程師，一下子轉(zhuǎn)到數(shù)字設(shè)計(jì)，不是很適應(yīng)，數(shù)字電源設(shè)計(jì)門檻也確實(shí)比較高，因此，作為在這一領(lǐng)域比較領(lǐng)先的公司，TI也正在采取一些措施來(lái)降低設(shè)計(jì)門檻，其中一個(gè)方法就是我們專門開設(shè)了一個(gè)數(shù)字電源的網(wǎng)頁(yè)，為工程師提供參考設(shè)計(jì)，其中包括軟件和硬件，我們也欣喜地看到，數(shù)字電源產(chǎn)品的開發(fā)周期變得越來(lái)越短。
數(shù)字電源為電源功能的擴(kuò)展以及更加優(yōu)良的控制提供了廣闊的空間，雖然目前數(shù)字電源管理技術(shù)還在商品化的初期階段，目前數(shù)字電源管理解決方案應(yīng)用范圍還將暫時(shí)局限在服務(wù)器用的電源供應(yīng)器、UPS等產(chǎn)品單價(jià)相對(duì)比較高的領(lǐng)域，但隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電源管理終究是一條整個(gè)電子業(yè)界不得不走的路。今天選擇以大型IT設(shè)備為起點(diǎn)，未來(lái)將擴(kuò)展到各種嵌入式應(yīng)用，甚至包含手機(jī)在內(nèi)的可攜式應(yīng)用，都是未來(lái)各半導(dǎo)體廠商預(yù)備推廣數(shù)字電源管理的應(yīng)用市場(chǎng)。
廠商觀點(diǎn)
Zilker Labs市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁Jim Templeton：
數(shù)字電源綜合成本并不高
數(shù)字電源提供很多種特色，主要是在電源管理方面，它可以將電源的轉(zhuǎn)換與管理結(jié)合在一起，這是數(shù)字電源里面極大的特點(diǎn)，可以使客戶設(shè)計(jì)電源進(jìn)展特別快。我們的技術(shù)使許多功能集成到內(nèi)部，這樣外圍的器件就非常少，所以對(duì)于客戶來(lái)講，設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。數(shù)字電源集成了許多功能在里面，相對(duì)模擬技術(shù)，外圍的器件也是要花一些成本的，這樣我們覺得數(shù)字電源的成本要比模擬電源的成本要高，但實(shí)際上，綜合起來(lái)比較的話，數(shù)字電源的成本并不高。
對(duì)于目前數(shù)字電源與模擬電源的各自的市場(chǎng)份額，業(yè)界很多分析家預(yù)測(cè)數(shù)字電源今年是1.7億美元，預(yù)計(jì)到2011年，預(yù)計(jì)為10億美元。最近，Zilker Labs推出業(yè)界首款整合了全數(shù)字電源管理功能的3A電源轉(zhuǎn)換單芯片解決方案。ZL2105將Zilker Labs的創(chuàng)新Digital-DC技術(shù)擴(kuò)展到了低功耗應(yīng)用領(lǐng)域中，并且在6mm×6mm的小型封裝中將同步降壓轉(zhuǎn)換器(包括同步功率MOSFET)與關(guān)鍵電源管理功能進(jìn)行了完美結(jié)合。具有全數(shù)字電源管理功能的ZL2105僅需不足兩平方厘米的板面空間，這表明其尺寸及元件數(shù)減少了50%。
如同所有Digital-DC IC，ZL2105可作為數(shù)字構(gòu)建塊，能夠與其他Digital-DC器件進(jìn)行完美結(jié)合，以提供面向板裝電源管理與轉(zhuǎn)換應(yīng)用的全面解決方案。
ZL2105是添加到我們Digital-DC產(chǎn)品系列中的關(guān)鍵產(chǎn)品，它使我們離簡(jiǎn)化高級(jí)電源設(shè)計(jì)這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)更近了一步。ZL2105將我們現(xiàn)有ZL2005的數(shù)字電源管理功能、簡(jiǎn)單的可配置性及高效率結(jié)合到了非常適用于低功耗應(yīng)用的單個(gè)部件中�？蛻艨蓪⒍鄠�(gè)Digital-DC器件整合在一個(gè)給定的PCB上，并可輕松配置這些部件，以簡(jiǎn)化復(fù)雜的電源設(shè)計(jì)。只有我們的解決方案才能夠提供板級(jí)電源的“即插即用”體驗(yàn)。
目前技術(shù)難點(diǎn)方面，現(xiàn)在客戶大多數(shù)要求的電壓都很低，電流很高，這是一個(gè)普遍現(xiàn)象，客戶想要的是產(chǎn)品特性的兼容。我們?cè)谙乱淮漠a(chǎn)品會(huì)繼續(xù)繼承電池的高效性與連接力的特點(diǎn)，所以我們推出的產(chǎn)品都要是符合市場(chǎng)需求的，Zl2005是我們第1個(gè)產(chǎn)品，ZL2105是我們的第2個(gè)新產(chǎn)品，我們的ZL2005跟它是兼容的，所以我們的挑戰(zhàn)就是，后面的產(chǎn)品都要根前面的產(chǎn)品兼容到一起。目前我們的產(chǎn)品表面看就單是一個(gè)PC單板，但并不是那么簡(jiǎn)單，還有些多板的監(jiān)控存在。還有就是要把生產(chǎn)線擴(kuò)大，使以后的產(chǎn)品成為一個(gè)大家族。雖然Zilker Labs是一個(gè)新崛起的公司，但在業(yè)界可以排到前三名。
客戶對(duì)我們的技術(shù)是十分信任的，很喜歡我們的產(chǎn)品。像有的客戶原先用我們的產(chǎn)品去設(shè)計(jì)它其中的一個(gè)項(xiàng)目，但現(xiàn)在它全部用我們的產(chǎn)品去支持它的項(xiàng)目設(shè)計(jì)。對(duì)于價(jià)格，客戶是很高興的，因?yàn)榧瓤梢允″X，也可以很快地完成設(shè)計(jì)，得到了雙重的好處。
目前數(shù)字電源的市場(chǎng)推動(dòng)力包括DSP、FPGA、Memory等。數(shù)字電源在中國(guó)市場(chǎng)的需求很大，機(jī)會(huì)也很多。
德州儀器C2000 DSP控制器產(chǎn)品部中國(guó)區(qū)經(jīng)理譚徽：
數(shù)字電源開發(fā)周期正在縮短
數(shù)字電源是一個(gè)新興的產(chǎn)品領(lǐng)域，對(duì)于數(shù)字電源的概念，業(yè)界還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義。對(duì)于TI的C2000產(chǎn)品來(lái)講，它支持的數(shù)字電源是一個(gè)全數(shù)字化的解決方案：電源的實(shí)時(shí)控制部分和系統(tǒng)的管理、監(jiān)控完全采用數(shù)字化的CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)�，F(xiàn)在，有些電源產(chǎn)品核心的控制部分采用模擬技術(shù)，但增加了數(shù)字化監(jiān)測(cè)或管理功能，這樣的電源產(chǎn)品有時(shí)候也稱為數(shù)字電源。相對(duì)于傳統(tǒng)的方案，全數(shù)字化電源帶來(lái)很大的變化，比如電源的負(fù)載情況非常復(fù)雜，用傳統(tǒng)的模擬電源來(lái)做需要復(fù)雜的處理電路，整個(gè)控制環(huán)路實(shí)現(xiàn)數(shù)字化以后，控制部分完全是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不再是用模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，控制策略可以非常靈活。當(dāng)然，這就要求CPU的控制速度要非常快，這是TI的C2000控制器的優(yōu)勢(shì)之一,它目前的最高運(yùn)行速度達(dá)到150MHz。
作為一個(gè)電源的數(shù)字化系統(tǒng)方案平臺(tái)，C2000不僅提供了豐富的通信接口，如CAN，SCI，SPI等等，還在芯片上集成了非常高性能的A/D轉(zhuǎn)換模塊和PWM控制模塊,C2000在片上的A/D模塊的最高采樣轉(zhuǎn)換速率可以達(dá)到80nS，也就是說，在1秒鐘之內(nèi)，它可以完成12.5兆次采樣。其片上的PWM模塊，更是目前針對(duì)于電源控制提供的最專業(yè)的數(shù)字化控制模塊,對(duì)于AC/DC，DC/DC變換電路的各類拓?fù)潋?qū)動(dòng)，如多相PFC、移相全橋的ZVS、ZCS的PWM驅(qū)動(dòng)，都可以在這一模塊上非常方便地實(shí)現(xiàn)。此外，它提供的高精度PWM輸出功能(HRPWM)，在業(yè)界獨(dú)一無(wú)二,其輸出分辨率可以高達(dá)150pS。這一高精度PWM功能可以在電源的開關(guān)頻率高達(dá)1MHz的情況下，保持約12.4位的輸出精度。這一技術(shù)被看作是模擬電源向數(shù)字電源過渡的瓶頸的巨大突破。
從目前電源產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，目前一些電源廠商已經(jīng)采用TI的C2000平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了電源的數(shù)字化，其對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品系列也在快速增長(zhǎng)。隨著越來(lái)越多的數(shù)字電源產(chǎn)品的面世，數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得眾多廠商和用戶的認(rèn)可，這也使近年來(lái)數(shù)字電源的發(fā)展一直處于加速過程。其背后最主要的推動(dòng)力之一，就是采用軟件代替硬件后，給電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)等方面所帶來(lái)的前所未有的靈活性。電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)很復(fù)雜，一旦用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能，改變或擴(kuò)充功能就非常困難，而用軟件就非常方便。基于這樣一個(gè)數(shù)字化的應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，電源供應(yīng)商可以在最短的時(shí)間內(nèi)為其用戶提供針對(duì)性的解決方案。
電源其實(shí)是一個(gè)對(duì)成本要求特別高的產(chǎn)品。我們目前看到的數(shù)字電源一般都是在200W以上的大功率。在這樣一個(gè)功率級(jí)別上，用CPU代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬技術(shù)，其成本優(yōu)勢(shì)也就顯現(xiàn)出來(lái)。目前，因此近年來(lái)數(shù)字化電源已經(jīng)成為業(yè)界的一個(gè)熱門話題。
面對(duì)消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用，數(shù)字電源同樣有應(yīng)用潛力，比如對(duì)于大屏幕電視，數(shù)字電源就比較有優(yōu)勢(shì)。對(duì)成本，無(wú)論是工業(yè)界還是消費(fèi)電子領(lǐng)域，對(duì)成本都是比較關(guān)注的，進(jìn)入工業(yè)界的時(shí)候一定要比模擬技術(shù)成本低、性能好，才會(huì)有市場(chǎng)機(jī)會(huì)，進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域也是同樣的。數(shù)字電源進(jìn)入消費(fèi)電子領(lǐng)域，其實(shí)困難之一是人的因素，此前采用模擬技術(shù)的工程師，一下子轉(zhuǎn)到數(shù)字設(shè)計(jì)，不是很適應(yīng)，數(shù)字電源設(shè)計(jì)門檻也確實(shí)比較高，因此，作為在這一領(lǐng)域比較領(lǐng)先的公司，TI也正在采取一些措施來(lái)降低設(shè)計(jì)門檻，其中一個(gè)方法就是我們專門開設(shè)了一個(gè)數(shù)字電源的網(wǎng)頁(yè)，為工程師提供參考設(shè)計(jì)，其中包括軟件和硬件，我們也欣喜地看到，數(shù)字電源產(chǎn)品的開發(fā)周期變得越來(lái)越短。
ADI電源及電腦溫度管理產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Laurence McGarry：
數(shù)字電源可提供更大靈活性
模擬電源管理包括傳統(tǒng)的脈沖帶寬調(diào)制(PWM)控制器。一般來(lái)說，這些控制器用于完成已知電源結(jié)構(gòu)和應(yīng)用的控制和固定功能。這種方法通常限制采用控制器擴(kuò)展其應(yīng)用的靈活性。數(shù)字電源的定義至少可分為三個(gè)組成部分：第一，數(shù)字電源管理或混合解決方案。第二，數(shù)字控制和管理。第三，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。
模擬電源管理設(shè)備傾向于適合于用硬件完成固定或定制的功能性設(shè)備。如果對(duì)應(yīng)用有徹底的理解并且設(shè)計(jì)相當(dāng)簡(jiǎn)單，無(wú)需和外部通信，那么模擬電源更有可能提供最經(jīng)濟(jì)有效的解決方案。數(shù)字電源設(shè)備(包括控制設(shè)備和管理設(shè)備)可適合于為用戶提供更大的靈活性，從而設(shè)備可編程并且定制性能模式以適合單獨(dú)客戶的要求。通過數(shù)字總線與該設(shè)備通信使用戶回讀關(guān)鍵性能數(shù)據(jù)并且做優(yōu)化設(shè)備性能的調(diào)整。因此，在要求高級(jí)別的復(fù)積分、設(shè)計(jì)和特定用戶要求之間的靈活性、和(或)智能系統(tǒng)管理的應(yīng)用中，數(shù)字電源可能具有優(yōu)勢(shì)。
目前，模擬電源管理解決方案占電源管理市場(chǎng)的絕大部分。但是，有許多證據(jù)表明數(shù)字電源市場(chǎng)正在增加。數(shù)字電源可能在要求高復(fù)雜度和(或)需要與系統(tǒng)處理器通信信息應(yīng)用領(lǐng)域提高市場(chǎng)份額。因此，其切入點(diǎn)可能在AC/DC電源系統(tǒng)，稍后將轉(zhuǎn)移到帶隔離DC/DC電源系統(tǒng)，然后是不帶隔離的DC/DC(穩(wěn)壓器)電源系統(tǒng)。對(duì)數(shù)據(jù)通信回讀和動(dòng)態(tài)性能調(diào)節(jié)以提高系統(tǒng)效率和利用率的系統(tǒng)要求將加速數(shù)字電源的采用。
對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的、固定功能的應(yīng)用，模擬電源管理可能保持較大的成本競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于要求靈活性和(或)通信的較復(fù)雜功能的IC，數(shù)字電源管理不僅具有低成本競(jìng)爭(zhēng)力并且在許多情況下可能是唯一的選擇。
ADM1041是ADI公司2004年推出的數(shù)字電源管理、電源控制器解決方案，針對(duì)AC/DC和DC/DC電源供電。ADM1041在電源產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)份額已顯著提高并且成功用于所有主要的高密度應(yīng)用原始設(shè)備制造商。ADI于今年5月推出了一系列用于刀片服務(wù)器、刀片個(gè)人計(jì)算機(jī)和先進(jìn)電信計(jì)算架構(gòu)卡，滿足降低功耗、成本和散熱難題要求的數(shù)字電源監(jiān)視器。 |
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