我國(guó)數(shù)字電源行業(yè)發(fā)展淺析

　　目前，電源技術(shù)可能已經(jīng)達(dá)到一個(gè)巔峰，前幾年拼轉(zhuǎn)換效率的做法已經(jīng)告一段落，有技術(shù)儲(chǔ)備的廠商開(kāi)始改走人性化的道路，除了轉(zhuǎn)換效率之外，還通過(guò)對(duì)電源其他方面的特性進(jìn)行提升，由此，融合了狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及控制的數(shù)字電源逐漸受到市場(chǎng)青睞。

　　數(shù)字電源市場(chǎng)目前是電源管理產(chǎn)業(yè)中增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一。早期采用數(shù)字電源的領(lǐng)域包括信息技術(shù)與通訊基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用，比如服務(wù)器和電信/數(shù)據(jù)通訊設(shè)備?，F(xiàn)在，數(shù)字電源技術(shù)也開(kāi)始向照明與消費(fèi)導(dǎo)向的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，包括PC、家電和手機(jī)。

　　市場(chǎng)的必然選擇

　　隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的不斷升級(jí)，電路板上的元器件運(yùn)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(tǒng)的功能不斷增加，平均售價(jià)卻不斷下降。此外，用戶對(duì)電源的故障修復(fù)時(shí)間、電源運(yùn)行狀態(tài)的感知與控制的要求越來(lái)越高，電源設(shè)計(jì)人員不再滿足于實(shí)時(shí)監(jiān)控電流、電壓、溫度， 還提出了診斷電源供應(yīng)情況、靈活設(shè)定每個(gè)輸出電壓參數(shù)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(dāng)模擬電源控制的局限性對(duì)上了電源管理發(fā)展新思路的數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)時(shí)，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)渡就成了市場(chǎng)發(fā)展的必然結(jié)果。數(shù)字電源的目標(biāo)就是將電源轉(zhuǎn)換與電源管理架構(gòu)用數(shù)字方法集成到單芯片中，實(shí)現(xiàn)智能、高效的轉(zhuǎn)換與控制及通信。

　　相對(duì)模擬系統(tǒng)而言，數(shù)字系統(tǒng)在開(kāi)關(guān)電源中具有設(shè)計(jì)周期短、靈活多變、易實(shí)現(xiàn)模塊化管理、能夠消除由離散元件引起的不穩(wěn)定和電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。因此，數(shù)字電源在高精度電源中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為現(xiàn)代電源技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

　　數(shù)字電源相對(duì)模擬電源的重要優(yōu)勢(shì)在于數(shù)字器件本身的靈活性。數(shù)字器件控制的電源內(nèi)部參數(shù)可以在線調(diào)整，這就意味著電源的動(dòng)態(tài)特性是可變的，能順應(yīng)負(fù)載在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化同時(shí)還能保證一定的性能。數(shù)字電源的通訊優(yōu)勢(shì)使電源設(shè)備具有多樣化的遠(yuǎn)程控制方式，這會(huì)給設(shè)備的運(yùn)行、監(jiān)察帶來(lái)很多好處。

　　而數(shù)字電源對(duì)模擬電源最致命的威脅卻是數(shù)字技術(shù)的超快速發(fā)展，它幾乎快的有點(diǎn)讓人喘不過(guò)氣來(lái)。在幾年前單片機(jī)是單片機(jī)，DSP是DSP，界線好像挺清楚，現(xiàn)在32位的ARM也好，DSP也好，都是改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)，構(gòu)架的差別越來(lái)越模糊，性能越來(lái)越強(qiáng)，價(jià)格卻越來(lái)越低。幾年后，當(dāng)?shù)陀?美元卻集成了高速、高精度ADC、DAC、PWM輸出的高性能數(shù)字器件放在你面前時(shí)，你還會(huì)正眼瞧瞧模擬電源嗎？

　　應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)張

　　目前數(shù)字電源已打進(jìn)PC和通訊領(lǐng)域等主流市場(chǎng)，并逐漸滲透至其他電子領(lǐng)域。由于數(shù)位電源可減少周邊元件數(shù)量，并擁有更優(yōu)異的即時(shí)控制與軟體配置功能，未來(lái)將將逐漸接替模擬電源的地位，快速擴(kuò)大市場(chǎng)滲透率。

　　尤其在云端運(yùn)算服務(wù)蓬勃發(fā)展之際，伺服器激增導(dǎo)致大量耗電，讓資料中心業(yè)者對(duì)設(shè)備節(jié)能要求更加嚴(yán)格，而用戶端設(shè)備也訴求長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)能力，促使電源設(shè)計(jì)架構(gòu)翻新。此新的節(jié)能要求無(wú)疑也為壯大數(shù)字電源市場(chǎng)再添動(dòng)力。

　　而數(shù)字電源與類比電源相比，不僅性能更高、功能也更加完整，導(dǎo)致很多使用者在低端業(yè)務(wù)領(lǐng)域開(kāi)始采用成本最低的模擬數(shù)位電源，而在高端業(yè)務(wù)領(lǐng)域則采用純數(shù)位電源。未來(lái)，隨著數(shù)位電源的需求量成長(zhǎng)與開(kāi)發(fā)成本的改善，也將逐漸向低端業(yè)務(wù)領(lǐng)域擴(kuò)張，反觀模擬電源，則會(huì)因功能局限性而無(wú)法升入高端業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

　　為實(shí)現(xiàn)更多電源監(jiān)控與用電效率管理的價(jià)值，目前高階伺服器和主機(jī)板幾乎已全面導(dǎo)入數(shù)位電源，加速取代傳統(tǒng)類比設(shè)計(jì)。未來(lái)，數(shù)位電源的市場(chǎng)發(fā)展更將如星火燎原，切入各個(gè)應(yīng)用市場(chǎng)。

　　目前，服務(wù)器是數(shù)字電源的最大單一市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2013年占到整體營(yíng)業(yè)收入的33%。2012-2017年該領(lǐng)域的復(fù)合年度增長(zhǎng)率將達(dá)44.8%。而增長(zhǎng)最快的數(shù)字電源應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹钦彰?，預(yù)計(jì)2012-2017年該領(lǐng)域的復(fù)合年度增長(zhǎng)率將達(dá)146%。增長(zhǎng)動(dòng)力將來(lái)自LED照明解決方案的使用不斷增長(zhǎng)，這些解決方案適合采用數(shù)字電源控制與監(jiān)控。

　　同時(shí)，在上述預(yù)測(cè)期內(nèi)，筆記本與平板PC中的數(shù)字電源的復(fù)合年度增長(zhǎng)將分別達(dá)99%和82%。主要家用電器將增長(zhǎng)76%，手機(jī)將增長(zhǎng)52%。

　　當(dāng)數(shù)字電源需求量明顯成長(zhǎng)后，電源供應(yīng)商也將傾向提供一系列的整合設(shè)計(jì)方案，而非單一元件，因此投資數(shù)字電源的使用者須針對(duì)低、中和高端系統(tǒng)的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì);其次，他們也需要全套數(shù)位電源開(kāi)發(fā)工具，包括硬體和圖形使用者介面（GUI）。最后，還須從一個(gè)供應(yīng)商獲得相關(guān)周邊元件，如MOSFET，才能創(chuàng)建完整解決方案。

　　數(shù)字電源的發(fā)展將刺激相關(guān)半導(dǎo)體市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。由于芯片在終端設(shè)備中既用于電路板層面，也用于數(shù)字電源之中，所以預(yù)計(jì)電源IC市場(chǎng)增長(zhǎng)速度將快于數(shù)字電源市場(chǎng)。

　　成本與技術(shù)局限

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

　　據(jù)全球具有領(lǐng)先地位的關(guān)鍵信息、產(chǎn)品、解決方案和服務(wù)供應(yīng)商HIS對(duì)制造商與設(shè)計(jì)者的訪問(wèn)，總共有27%表示成本仍然是該市場(chǎng)面臨的最大障礙。這突出表明部分潛在使用者對(duì)于數(shù)字解決方案可以帶來(lái)的總體成本節(jié)省還缺乏了解。而成本控制一直是拿下中國(guó)市場(chǎng)的絕對(duì)法則，數(shù)字電源雖早在十幾年前就出現(xiàn)了，但是因?yàn)楦吒咴谏系膬r(jià)格讓它一直局限在一些特殊的高端應(yīng)用里。

　　讓人欣慰的是這些年來(lái)電子技術(shù)的快速進(jìn)步，讓數(shù)字控制芯片性能不斷飛躍、價(jià)格逐漸下跌，數(shù)字電源才開(kāi)始慢慢滲透占領(lǐng)傳統(tǒng)模擬電源的應(yīng)用領(lǐng)域。目前兩大半導(dǎo)體巨頭TI與Microchip已相繼推出低成本DSC，使數(shù)字電源的應(yīng)用不再是“紙上談兵”。不過(guò)從目前的情況來(lái)看，由于絕大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源都是采用傳統(tǒng)的模擬電路，數(shù)字控制電源作為一種新興技術(shù)仍處于摸索階段，從設(shè)計(jì)人員切換到產(chǎn)品定義，再到廣泛應(yīng)用，數(shù)字電源的規(guī)模應(yīng)用仍需要一個(gè)過(guò)程。

　　同時(shí)，人們對(duì)于數(shù)字電源產(chǎn)品還有一個(gè)擔(dān)心，就是它還不像模擬電源那樣經(jīng)過(guò)多年應(yīng)用的考驗(yàn)，因而可靠性不高。但就像數(shù)字電路在概念上就優(yōu)于模擬電路一樣，可靠性是設(shè)計(jì)的問(wèn)題，而不是數(shù)字化的問(wèn)題。而從用戶的角度來(lái)說(shuō)，也只有當(dāng)數(shù)字電源的成本等于或低于模擬電源，同時(shí)又能提供模擬電源做不到的許多先進(jìn)功能的時(shí)候，數(shù)字電源才會(huì)普及。

　　數(shù)字電源中包含的技術(shù)無(wú)疑是復(fù)雜的，但它的使用并不一定就復(fù)雜。不過(guò)它要求設(shè)計(jì)人員具有一定的程序設(shè)計(jì)能力，而目前的電源設(shè)計(jì)人員普遍都是模擬設(shè)計(jì)為主，缺乏編程方面的訓(xùn)練，這對(duì)數(shù)字電源的推廣也是一個(gè)巨大的障礙。

　　數(shù)字電源另外一個(gè)劣勢(shì)在于，模擬控制對(duì)信號(hào)狀態(tài)的反應(yīng)是瞬時(shí)的，而數(shù)字電源則需要一個(gè)采樣、量化和處理的過(guò)程來(lái)對(duì)負(fù)載的變化做出反饋，因此它對(duì)負(fù)載變化的響應(yīng)速度目前還比不上模擬電源。數(shù)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(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(guò)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)，多被用上。

　　一般認(rèn)為，在設(shè)計(jì)DC/DC變換器時(shí)，通常100W以上的系統(tǒng)中會(huì)應(yīng)用數(shù)字控制技術(shù);而在設(shè)計(jì)AC/DC變換器時(shí)，250W以上的系統(tǒng)會(huì)應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，這樣電源的經(jīng)濟(jì)性會(huì)更高一些。因此，在未來(lái)的電源系統(tǒng)中，模擬與數(shù)字技術(shù)將共存相當(dāng)一段時(shí)間。30年前，電源行業(yè)轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)很大的變化，而電源數(shù)字化趨勢(shì)將會(huì)是一個(gè)更大的變化。

　　綜上所述，在簡(jiǎn)單易用、參數(shù)變更不多的應(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(guò)硬件固化來(lái)實(shí)現(xiàn)。而在可控因素較多、需要更快實(shí)時(shí)反應(yīng)速度、需要管理多個(gè)電源、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)。

　　數(shù)字電源技術(shù)為電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域注入了新的活力，同時(shí)也對(duì)電源設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。如何在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，進(jìn)而設(shè)計(jì)出滿足未來(lái)市場(chǎng)需求的電源系統(tǒng)將成為電源設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)的新課題。

　　但我們?nèi)匀幌嘈?，隨著數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)，電源領(lǐng)域里數(shù)字電源的優(yōu)勢(shì)將會(huì)越來(lái)越明顯，缺陷也將逐步得到克服改善。當(dāng)然我們也明白，從模擬電源到數(shù)字電源的完全轉(zhuǎn)換還有待時(shí)間漸進(jìn)，因此模擬和數(shù)字控制技術(shù)將在未來(lái)數(shù)年內(nèi)共存。

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