我國數字電源行業發展淺析

　　目前，電源技術可能已經達到一個巔峰，前幾年拼轉換效率的做法已經告一段落，有技術儲備的廠商開始改走人性化的道路，除了轉換效率之外，還通過對電源其他方面的特性進行提升，由此，融合了狀態監測以及控制的數字電源逐漸受到市場青睞。

　　數字電源市場目前是電源管理產業中增長最快的領域之一。早期采用數字電源的領域包括信息技術與通訊基礎設施應用，比如服務器和電信/數據通訊設備。現在，數字電源技術也開始向照明與消費導向的應用領域擴展，包括PC、家電和手機。

　　市場的必然選擇

　　隨著半導體工藝技術的不斷升級，電路板上的元器件運行速度更快、體積更小，而且還要求更多、更低的供電電壓和更大的供電電流;最終系統的功能不斷增加，平均售價卻不斷下降。此外，用戶對電源的故障修復時間、電源運行狀態的感知與控制的要求越來越高，電源設計人員不再滿足于實時監控電流、電壓、溫度， 還提出了診斷電源供應情況、靈活設定每個輸出電壓參數的要求。而這些需求已是今日的模擬解決方案難以滿足的。

　　當模擬電源控制的局限性對上了電源管理發展新思路的數字電源的優勢時，這個轉換過渡就成了市場發展的必然結果。數字電源的目標就是將電源轉換與電源管理架構用數字方法集成到單芯片中，實現智能、高效的轉換與控制及通信。

　　相對模擬系統而言，數字系統在開關電源中具有設計周期短、靈活多變、易實現模塊化管理、能夠消除由離散元件引起的不穩定和電磁干擾等優點。因此，數字電源在高精度電源中的應用越來越廣泛，成為現代電源技術發展的一個重要方向。

　　數字電源相對模擬電源的重要優勢在于數字器件本身的靈活性。數字器件控制的電源內部參數可以在線調整，這就意味著電源的動態特性是可變的，能順應負載在相當大的范圍內變化同時還能保證一定的性能。數字電源的通訊優勢使電源設備具有多樣化的遠程控制方式，這會給設備的運行、監察帶來很多好處。

　　而數字電源對模擬電源最致命的威脅卻是數字技術的超快速發展，它幾乎快的有點讓人喘不過氣來。在幾年前單片機是單片機，DSP是DSP，界線好像挺清楚，現在32位的ARM也好，DSP也好，都是改進型的哈佛結構，構架的差別越來越模糊，性能越來越強，價格卻越來越低。幾年后，當低于1美元卻集成了高速、高精度ADC、DAC、PWM輸出的高性能數字器件放在你面前時，你還會正眼瞧瞧模擬電源嗎？

　　應用領域不斷擴張

　　目前數字電源已打進PC和通訊領域等主流市場，并逐漸滲透至其他電子領域。由于數位電源可減少周邊元件數量，并擁有更優異的即時控制與軟體配置功能，未來將將逐漸接替模擬電源的地位，快速擴大市場滲透率。

　　尤其在云端運算服務蓬勃發展之際，伺服器激增導致大量耗電，讓資料中心業者對設備節能要求更加嚴格，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。此新的節能要求無疑也為壯大數字電源市場再添動力。

　　而數字電源與類比電源相比，不僅性能更高、功能也更加完整，導致很多使用者在低端業務領域開始采用成本最低的模擬數位電源，而在高端業務領域則采用純數位電源。未來，隨著數位電源的需求量成長與開發成本的改善，也將逐漸向低端業務領域擴張，反觀模擬電源，則會因功能局限性而無法升入高端業務領域。

　　為實現更多電源監控與用電效率管理的價值，目前高階伺服器和主機板幾乎已全面導入數位電源，加速取代傳統類比設計。未來，數位電源的市場發展更將如星火燎原，切入各個應用市場。

　　目前，服務器是數字電源的最大單一市場，預計2013年占到整體營業收入的33%。2012-2017年該領域的復合年度增長率將達44.8%。而增長最快的數字電源應用領域將是照明，預計2012-2017年該領域的復合年度增長率將達146%。增長動力將來自LED照明解決方案的使用不斷增長，這些解決方案適合采用數字電源控制與監控。

　　同時，在上述預測期內，筆記本與平板PC中的數字電源的復合年度增長將分別達99%和82%。主要家用電器將增長76%，手機將增長52%。

　　當數字電源需求量明顯成長后，電源供應商也將傾向提供一系列的整合設計方案，而非單一元件，因此投資數字電源的使用者須針對低、中和高端系統的產品進行設計;其次，他們也需要全套數位電源開發工具，包括硬體和圖形使用者介面（GUI）。最后，還須從一個供應商獲得相關周邊元件，如MOSFET，才能創建完整解決方案。

　　數字電源的發展將刺激相關半導體市場快速增長。由于芯片在終端設備中既用于電路板層面，也用于數字電源之中，所以預計電源IC市場增長速度將快于數字電源市場。

　　成本與技術局限

　　即便現在數字電源炙手可熱，但工程師們對數字電源的接受速度似乎并不理想。最大的原因在于，相對于模擬電源而言，數字電源的成本偏高并涉及專利侵權。

　　據全球具有領先地位的關鍵信息、產品、解決方案和服務供應商HIS對制造商與設計者的訪問，總共有27%表示成本仍然是該市場面臨的最大障礙。這突出表明部分潛在使用者對于數字解決方案可以帶來的總體成本節省還缺乏了解。而成本控制一直是拿下中國市場的絕對法則，數字電源雖早在十幾年前就出現了，但是因為高高在上的價格讓它一直局限在一些特殊的高端應用里。

　　讓人欣慰的是這些年來電子技術的快速進步，讓數字控制芯片性能不斷飛躍、價格逐漸下跌，數字電源才開始慢慢滲透占領傳統模擬電源的應用領域。目前兩大半導體巨頭TI與Microchip已相繼推出低成本DSC，使數字電源的應用不再是“紙上談兵”。不過從目前的情況來看，由于絕大多數開關電源都是采用傳統的模擬電路，數字控制電源作為一種新興技術仍處于摸索階段，從設計人員切換到產品定義，再到廣泛應用，數字電源的規模應用仍需要一個過程。

　　同時，人們對于數字電源產品還有一個擔心，就是它還不像模擬電源那樣經過多年應用的考驗，因而可靠性不高。但就像數字電路在概念上就優于模擬電路一樣，可靠性是設計的問題，而不是數字化的問題。而從用戶的角度來說，也只有當數字電源的成本等于或低于模擬電源，同時又能提供模擬電源做不到的許多先進功能的時候，數字電源才會普及。

　　數字電源中包含的技術無疑是復雜的，但它的使用并不一定就復雜。不過它要求設計人員具有一定的程序設計能力，而目前的電源設計人員普遍都是模擬設計為主，缺乏編程方面的訓練，這對數字電源的推廣也是一個巨大的障礙。

　　數字電源另外一個劣勢在于，模擬控制對信號狀態的反應是瞬時的，而數字電源則需要一個采樣、量化和處理的過程來對負載的變化做出反饋，因此它對負載變化的響應速度目前還比不上模擬電源。數字電源的占板面積要大于模擬電源，精度和效率也比模擬電源稍差。

　　所以目前的狀況仍是在簡單易用、參數變更要求不多的應用場合，模擬電源產品更具優勢，因為其應用的針對性可以通過硬件固化來實現，而在可控因素較多、實時反應速度更快、 需要多個模擬系統電源管理的、復雜的高性能系統應用中，數字電源則具有優勢，多被用上。

　　一般認為，在設計DC/DC變換器時，通常100W以上的系統中會應用數字控制技術;而在設計AC/DC變換器時，250W以上的系統會應用數字技術，這樣電源的經濟性會更高一些。因此，在未來的電源系統中，模擬與數字技術將共存相當一段時間。30年前，電源行業轉向開關電源是一個很大的變化，而電源數字化趨勢將會是一個更大的變化。

　　綜上所述，在簡單易用、參數變更不多的應用場合，模擬電源產品更具優勢，因為其應用的針對性可以通過硬件固化來實現。而在可控因素較多、需要更快實時反應速度、需要管理多個電源、復雜的高性能系統應用中，數字電源則具有優勢。

　　數字電源技術為電源設計領域注入了新的活力，同時也對電源設計人員提出了更高的要求。如何在傳統技術的基礎上不斷創新，進而設計出滿足未來市場需求的電源系統將成為電源設計人員必須面對的新課題。

　　但我們仍然相信，隨著數字控制技術的發展和市場需求的驅動，電源領域里數字電源的優勢將會越來越明顯，缺陷也將逐步得到克服改善。當然我們也明白，從模擬電源到數字電源的完全轉換還有待時間漸進，因此模擬和數字控制技術將在未來數年內共存。

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