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進入21世紀以來，開關電源正朝著智能化、數字化的方向發展。新問世的數字電源以其優良特性和完備的監控功能，正引起人們的廣泛關注。數字電源提供了智能化的適應性與靈活性，具備直接監控、遠程故障診斷、故障處理等電源管理功能，能滿足復雜的電源要求。

1 數字電源的發展趨勢

1.1 什么是數字電源

目前，數字電源有多種定義。

● 定義一：通過數字接口控制的開關電源（它強調的是數字電源的“通信”功能）。

● 定義二：具有數字控制功能的開關電源（它強調的是數字電源的“數控”功能）。

● 定義三：具有數字監測功能的開關電源（它強調的是數字電源對溫度等參數的“監測”功能）。

上述三種定義的共同特點是“模擬開關電源→改造升級”，所強調的是“電源控制”，其控制對象主要是開關電源的外特性

● 定義四：以數字信號處理器（DSP）或微控制器（MCU）為核心，將數字電源驅動器、PWM控制器等作為控制對象，能實現控制、管理和監測功能的電源產品。它是通過設定開關電源的內部參數來改變其外特性，并在“電源控制”的基礎上增加了“電源管理”。所謂電源管理是指將電源有效地分配給系統的不同組件，最大限度地降低損耗。數字電源的管理（如電源排序）必須全部采用數字技術。

● TI公司定義：數字電源IC是數字控制的電源管理IC，它能提供配置、監視和監控功能，并能擴展到全回路控制。

1.2 數字電源的分類

（1）標準的數字電源DPS（Digital Power Supply）

（2）廣義的數字電源

①數控電源DCP （Digital Control Power Supply）；

②可編程開關穩壓器PSVR（Programmable Switching Voltage Regulator）；

③數控基準電壓源DCRV（Digital Control Reference Voltage Source）；

④數控電流源DCC（Digital Control Current Source）；

⑤ 特種數控電源（如可編程充電器、可編程電焊機電源、可

編程電源適配器）。

1.3 數字電源的發展趨勢

2005年，美國德州儀器公司（TI）率先推出數字電源產品，并提出了“融合數字電源”（Fusion DigitalPower）的解決方案。TI公司推出了第三代Fusion Digital Power控制器UCD9240以及全新插入式模塊，編程更加靈活、，進一步提高了電源系統管理的智能化程度。目前，國外著名芯片廠家飛思卡爾、愛立信、Atmel、Silicon等都在開發數字電源IC，數字電源正進入迅速發展的新時期。據Darnell Group公司預測，2008年數字電源控制器IC的價格將與現有的模擬產品基本持平。

目前盡管國外對數字電源的發展還有些爭議，但它畢竟代表了一項新技術。這如同20世紀70年代末穩壓電源從線性電源改為開關電源時，曾遇到成本高、輸出噪音大等問題，但開關電源現已在許多領域取代了傳統的線性電源。隨著科技的發展和市場需求的擴大，從模擬電源到數字電源的轉型速度會大大加快，數字電源具有良好的發展前景。

2 數字電源與模擬電源的性能比較及適用領域

2.1 數字電源與模擬電源的性能比較

需要說明兩點：

● 第一，傳統意義的數控電源，只是調節輸出電壓或控制電源的啟動、關斷，并非真正意義的數字電源。

● 第二，數字電源和模擬電源只是習慣稱謂，并無嚴格的數字、模擬之分。因為即使模擬開關電源，其PWM也包含了時鐘、門電路等數字電路；而數字電源則包含ADC、基準電壓源、功率器件等模擬電路。因此，將數字電源理解成純數字化并不準確。

2.2 數字電源的適用領域

● 數字電源適合于控制參數較多、實時響應速度快、復雜的高性能電源系統，例如設計從AC線路到負載的高端電源系統。可廣泛用于移動通信設備、計算機服務器、數據中心電源系統及不間斷電源（UPS）等。

● 模擬電源適應于簡單易用、控制參數少、成本低的應用場合。

3 數字電源的基本構成及電路設計

3.1 數字電源的基本構成

TI公司數字電源的一種配置方案

（1）32位數字信號處理器（DSP）UCD9501

內部主要包含：

● 100MHz的32位CPU

● 時鐘振蕩器

● 3個32位定時器

● 看門狗電路

● 內部/外部中斷控制器

● SCI總線、SPI總線、CAN總線及總線接口

● 12路PWM信號輸出

● 系統控制器

● 16通道12位ADC

● 16K×16 Flash，6K×16 SARAM，1K×16ROM。

● 它采用標準的3.3V輸入/輸出接口。

● 利用Power PADTM HTSSOP和QFN軟件包可進行編程。

（2）數字電源驅動器UCD7100

（3）PWM控制器UCD8220

3.2 數字電源的電路設計

過流保護及關斷功能

過流保護電路的工作原理是當IO＞2.0A時，即可發出報警信號。當IO超過設定電流時，單片機立即輸出過流關斷信號（高電平），使UC3843B的誤差電壓變為低電平，關斷UC3843B的輸出；并使MOSFET截止，強行關斷開關電源的輸出，起到保護作用。一旦排除過流故障，單片機就發出低電平信號，使開關電源自動恢復正常工作狀態。過流關斷閾值電流可通過鍵盤設定。設定范圍是2.0～3.0A。

4 可編程開關穩壓器的電路設計

● 可調式開關式穩壓器是通過手動調節電阻值來改變輸出電壓的，不僅調節精度低，而且使用不夠方便。

● 用數字電位器代替可調電阻，可構成由計算機控制的可編程開關穩壓器。

4.1 數字電位器的基本工作原理及數學模型

● 數字電位器（Digital Potentiometer）亦稱數控電位器

（Digitally Controlled Potentiometers，DCP），是一種頗具發展前景的新型電子器件，在許多領域可取代傳統的機械電位器，廣泛用于儀器儀表、計算機及通信設備、家用電器、工業控制、線性及開關穩壓器等領域。

● 數字電位器的等效電路

數字電位器屬于集成化的三端可變電阻器件。

審核編輯 黃昊宇