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数字电源开始广泛普及

发布时间:2021-02-09 发布时间:
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  数字软件技术开始在此前曾是模拟技术一统天下的开关电源上广泛普及。LED照明、车载电源及产业设备等领域也纷纷开始导入数字控制型电源。通过添加通信功能或者将控制方式改变为动态控制等方法,在提高电源效率、缩小产品尺寸以及缩短开发时间等方面发挥了效果。长期以来一直是DSP课题的高成本问题,也随着价格与通用微控制器一样的低价产品问世而逐渐得到解决。 

  电源的数字控制有助于实现AC-DC电源和DC-DC转换器等的小型化及高效率化,大约5年前开始受到关注。这种“数字电源”的应用范围在最近一年来悄然扩大。

  以前,数字电源只是导入于无停电电源装置(UPS)、通信产品、服务器以及太阳能电池用功率调节器等基础设施的部分产品中。但最近,LED照明器具、汽车、产业设备乃至部分消费类产品也开始采用数字电源

  低价位DSP的亮相成为契机

  数字电源的应用范围能够扩大的最主要原因是,单价只有100多日元~数百日元的电源控制IC出现了用于数字电源的产品。数字电源控制IC的成本下降到了可与不足100日元的模拟电源控制IC相匹敌的程度。美国微芯科技(Microchip Technology)、美国德州仪器(TI)以及新日本无线等半导体厂商从2008年前后相继推出了数字电源专用的低价位控制IC。近来,大部分数字电源产品采用的都是这些企业的IC。 图1:数字控制电源的应用领域

  在输出功率为100W以上、开关频率为1MHz以下的领域,采用DSP微控制器的数字控制电源开始普及。

  以前,构成数字电源需要采用单价高达1000~数千日元的高性能DSP作为控制IC使用。这些IC的工作频率为100MHz以上,耗电量仅DSP就将近1W,用于通常的开关电源的控制则指标过剩。这是采用DSP的数字电源只在UPS等超过1kW的大型装置上才使用的主要原因。

  不过,应部分先进电源厂商的要求,微芯科技和TI推出了配备数字电源所需功能,与通用微控制器价格一样便宜的DSP,也即“DSP微控制器”*。通过将1000日元以上的DSP成本大幅降到数百日元以下,基本解决了数字电源的最大瓶颈——控制IC成本高的问题。 图2:导入数字电源的好处

  在电源的性能、开发以及运用等领域有很多好处,例如,缩小产品尺寸、削减部件数量以及通过导入高度控制提高效率等。

  电源实现“智能化”

  导入数字控制后,与目前的普通模拟控制电源相比,尺寸可缩小30%左右、部件数量削减20%左右、效率提高2~5%(图2),开关电源的基本性能得以提高。由于数字电源用控制IC的价格已经能够让人接受,所以今后应用范围有可能扩大到AC-DC电源、绝缘型DC-DC转换器以及非绝缘型DC-DC转换器等广泛领域的开关电源中。“每年都说数字电源‘今年会普及’,2010年才真正采用的产品多起来了”(日本TI营业技术本部、市场及应用技术统括部设计服务经理财津俊行)。

  据美国功率电子产品相关调查公司Darnell Group预测,2014年数字电源IC供货量将扩大至目前2.5倍的123亿个,按供货金额换算将保持年均近30%的增长率。另外,可优化家庭内部能源利用效率的智能住宅(Smart House)等受到关注,也将加速数字电源的普及。通过在此前一直是模拟技术一统天下的电源上安装软件和通信功能,可以根据用途的不同实现“智能化”的数字电源所具有的巨大可能性。

 

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