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本文将不对与数字技术在电力交换和管理中的应用相关的技术问题进行一般性辩论,以满足不同市场领域的市场趋势和市场需求。与模拟控制相比,我们也遇到了该技术的应用和挑战。

电源切换属于电力系统的运行(至系统回路),电源管理包括操作员模式、实时跟踪和低速/停机延迟后的裕量,以及用于并行运行和系统通信的锁相(重叠)功能。多年来,模拟和数字的定义变得有点模糊。

为了防止误解,文中模拟指的是倒易星物理量,数字指的是线性变量。只有因为数字技术的特点,我们才能有效地存储数据、扩展操作和交流。到目前为止,电力开关中电压和电流的实际处理仍然属于仿真领域,而不是数字领域,但可以通过仿真或数字来控制。因为控制几乎不是数字的,所以必须在系统的环路中设置一个模数转换器。

那么数字技术能带来什么好处呢?技术数字技术在我们的日常生活中无处不在。然而,直到大约四年前,这项技术才被完全应用于电源切换和管理。特点数字技术最显著的优势在于内存的应用,这也包括三个基本层面的面试:特别是对寄存器的工厂级面试,包括内部校准数据和控制器的排序(用户自己不想面试);控制器设备,用于自由选择管理拓扑和控制模式(电压、电流和混合),并获得不同的原始故障维护功能(用户可以通过密码进行访问);以及监督和控制(通过PMBus协议进行的正确采访)。完整的数据存储能力允许设计人员优化相关设计,即使是在不同的项目中。

数字技术在存储方面的优势带来的另一个优势是通信功能。通过I2C构建的通信功能显示了控制器的校准和编程能力,还可以动态地充分发挥不同的功能,包括控制、监控、状态监测、远程识别和临床应用。

其他功能包括传输过程中的不同强度调整,包括分辨率(数字)、校准(模数转换、外部传感器)、原始输入电压/电流和维护余量(电压、电流和温度)。时间调整功能包括频率切换、延迟和幅度调整。主/管理功能还包括操作员模式切换(低速/停机、脉冲串、脉冲跳线、脉冲频率调制、脉冲宽度调制、振幅数)、自检和输入电压切换(裕量)。

时间调控的灵活性有助于增加电磁干扰,这在仿真应用环境中几乎是梦想。数字拼读技术的优势可能不会因为必须根据不同的市场领域进行微调而有所不同,但在实施过程中一定要有一定的逻辑元素。逻辑的类型当我们为某些应用自由选择合适的逻辑时,灵活性、速度/比特率和成本容限都成为决定性因素。

还包括数字软连接逻辑(状态机)PID控制和数字脉宽调制(PWM);数字软连接逻辑PID控制和数字PWM非易失性存储器;混合=模拟PWM数字模块(一般称为数字PCB);单片机(MC);数字信号处理(DSP)和数字控制处理(DCP),并包括最佳DSP和mC的分离。大多数数字集成电路包括电源开关控制和电源管理功能。

其中,电源切换控制(到系统回路)可以工作在交互动态模拟和类似动态的数字状态(需要一定的响应时间)。其他功能不会启动,根据事件选择音乐节目和睡眠状态(记忆)。软连接逻辑可用于大量低功耗应用(200瓦)。

它们一般工作在较高的频率(200kHz~2MHz),类似的仿真控制速度成本相对较低。这样既要体现最强的结构,又不需要客户做相当程度的编程,甚至几乎节省(pin编程,或者通过I2C搭建一个镜像用户模块);而且还会减缓产品上市的速度。

重新加入NVM需要体现更高的集成电路设计灵活性,但不会减少检查和验证工作。如果一个仿真控制器响应一个需要对抗I2C通信的数字模块,并且有时被用来对抗VID控制,就可以形成混合逻辑。不会和软连接结构共用同一空间,但灵活性不会更低,成本也不会更低。

两者都主要用于DC-DC领域。MC,DSP,DCP都是用编码(汇编语言或者c语言)来构建更高的灵活性和速度,但是成本不会更高,投放市场也需要更长的时间。

但是,灵活性的降低并不会使电路结构变得更简单,因此检查和验证程序的成本也不会更高。硅工艺在实现这些逻辑类型时对工艺的自由选择一般是由成本决定的;随着更低的亚微米技术(0.15/0.18毫米)变得更加经济,数字技术无疑更占主导地位,从而减缓了从模拟到数字技术的过渡。到了某个阶段,以更低的成本体现多功能会成为新的价值,而不是以完全相同的成本体现多功能。

在0.25mm范围内,模拟和数字结构的芯片成本长期相同,但随着0.18mm范围内芯片成本的上升,研发成本翻了一倍多。(见图1,来源isscc 2007/session 1/全会1/1.1)在TSMC,0.15/0.18毫米产品的产量低于0.25毫米产品(图1,来源isscc 2007/session 1/全会1/1.1)。预计规模经济不会进一步加强相关的移交进程。

拆分和PCB拆分是指在一个或多个集成电路中合并电源开关部分的功能组。自由选择应基于控制回路的层次结构(维护、电流、电压、热能)、功率水平以及效率和空间之间的权衡。在辩论DC-DC技术时,我们不会遇到共存解决方案、构建控制器和驱动器、集成功率电平等词语。

而IR的iPOWIR功能模块就是一个很好的例子。共存解决方案是指1-6相共存控制器集成电路,其中驱动器和场效应晶体管是分开的。这种解决方案可以向其他电源开放,体现出仅次于其他解决方案的灵活性和性能,成本较低,但占用的电路板空间最少。

模块制造商可以获得更多节省空间的共存解决方案模块,但他们必须牺牲其他来源的优势。但是,可以保持插槽间的兼容性。构建控制器和驱动器指的是设置1到3个驱动器,这些驱动器相互输入并包含在同一个集成电路中(图4)。

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它必须适应外部场效应管,没有替代电源,驱动能力有限,但比基于数字的解决方案具有节省和消耗空间少的优点。此外,由于集成电路的风扇功能有限,无法设置三个驱动器,纳米/流电流只能保持在仅次于它们的水平。集成功率级是指同一集成电路中的单个幅度驱动器和场效应管。

与基于数字的解决方案相比,它的空闲空间更少,因此适用于500kHz以上空间有限的应用。驱动器类似于FET,需要在高频下高效工作。只要使用合适的控制器,它可以用作一个或多个振幅,但通常没有替代的电源。一般来说,集成电路是根据特定的输入电流范围和频率进行优化的,因此整个解决方案的成本往往低于共存解决方案。

一般来说,这些器件属于一个多芯片模块或MCM(控制器、驱动器和场效应晶体管都安装在同一个集成电路中)。虽然它有最空闲的电路板空间,但基于PCB的热能容差仅限于相对较低的功率水平,一般没有替代电源。PCB的自由选择因芯片面积、插槽号、风扇不同而不同。
在大多数情况下,人们会忽略一种情况:控制功能和功率水平的原始结构通常会导致功率水平没有得到充分强调的现象,因此,它只需要在仅次于可用温度的控制器温度下操作,或者由于控制器必须被迫在仅次于功率水平的温度下操作而损害了部件的可靠性。

上下热阻较低的PCB适合所有结构,但零件价格较低。当FET在较低温度下工作时,导通电阻不会更低,只需要一个较小的FET就可以完成工作,或者需要提高效率,节约能源,这比使用更好的PCB,增加额外风扇的高成本还要糟糕。另一个好处是可靠性会大大提高。

由于通信和插槽功能分配等额外功能,包括数字控制器在内的系统解决方案必须具有更少的组件和控制器部件。无论从自由选择功能组还是PCB来说,数字结构都比模拟结构好。市场是由市场产生的,消费市场占50%以上,信息技术行业减少到45%以下,剩下的5%属于政府用户。

其中,消费市场往往会出现大量商机。虽然高端系统开始使用数字技术(见图1),但高产量和利润率使市场无法维持。从本质上来说,消费市场需要的是更低的产出,无论是在电源切换还是管理领域,仍然以仿真产品为主。

推广数字技术,需要在高端和低端市场双管齐下:高端市场注重功能齐全、性能优越,但以低成本为目标;低端市场以模拟技术为主的裸机为主,但以较低的成本为重点,以吸引市场份额。具有讽刺意味的是,仅次于分享的是权力,而不是控制者。所以市场预期如果需要合并,可以互补,提高产品的边际利润和营业额。

市场还预计,大量模拟组件不会被更少数量的可配置数字组件所取代。通过翻新(减/减半)建造更细致的结构,会带来更大的优势。市场上应用的大功率变换器有很多不同级别,每瓦成本由低到低的顺序是:3~15W DC-DC非隔离(手机、PDA、手持设备),15~250W DC-DC非隔离(阻抗点、VRD/VRM)嵌入式设备和模块,最低2000W隔离AC-DC、隔离DC-DC低功率手持设备主要使用模拟电源控制和数字电源管理。

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数字电源控制与管理技术首先应用于高端计算机和图像处理领域(VRM/VRD),其次是网络通信(数据通信和电信)和存储系统。阻抗点(PoL)、嵌入式设备或模块、隔离DC-DC模块是网络通信中选择的解决方案,而VRDs/VRM和PoL用于存储系统。这些应用都使用数字软连接或混合逻辑结构。

不同类型的交流-DC系统使用C、DSP或DCP控制和电源管理技术,更多隔离的DC-交流逆变器和隔离的降压DC-DC转换器紧随其后。无论是哪种应用,运营商模式的改进都有助于提高低阻抗环境下的运营效率。

这也包括振幅的增加、脉冲跳跃、较低的栅极驱动电压和较低的电源频率。至于整个阻抗环境,工作效率的提高来自于更低的导通电阻(更完整的场效应管)和革命性的拓扑技术。为了给数字结构创造优秀的电子货币,建立更大的利润,增加产量,企业必须打破摩尔定律。

挑战外部挑战还包括市场惯性的变化,包括工程师和硬件。硬件挑战基于大量用户,但缺乏数字模块。
另外,市场分割使得营销人员无法定义产品,拒绝所有人使用新技术;然而,市场对新技术的排斥(如基于低成本货币和Z系列的专有通信总线)或因害怕知识产权诉讼而延迟使用带来了挑战。

同时,操作员不方便的图像用户模块和操作员原始的提示文件,可以减少客户和经销商的操作员培训时间。另一方面,现有模拟技术的竞争非常激烈,各种厂商竞相降价销售新产品吃市场大饼,甚至产生各种不安、未经证实、猜测的现象来争夺更多的用户。此外,购买量少、利润低往往会给新用户造成障碍。内部挑战的数量和低严重性意味着它们不如外部挑战。

长时间的自学,设计的宽容度,检验验证程序对资源的市场需求,都减缓了产品上市的时间,甚至让产品失去市场份额。可以配备数字控制器的设计检查程序理论上是无限的,检查验证方法和工具的不足使得问题更好解决。此外,仿真和数字工程资源必须相互协商和响应。

最后,我们不应该忽视另一个根本性的挑战,即企业文化经常影响使用新技术的态度和想法。我们的产品、资源、时间和市场不够的想法意味着我们不应该再被允许了。

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