智能化數字電源的應用及其發展前景研究

劉建銓

摘要：自進入21世紀以來，開關電源開始逐漸向自動化、智能化方向發展，同時其數字化發展趨勢也越加清晰，尤其市場當中開始涌現智能化、數字化產品，而數字電源則一起完備的監控功能優良的功能特性逐漸獲得了用戶的認可。數字電源能夠為用戶提供更具智能化的功能服務，增強了整體的適應性和靈活性，其具有遠程故障診斷、故障處理和實時監控等功能，在電源管理方面進行了更新升級，且滿足了較為復雜的電源要求，例如能夠提高電流的保護效能，防止出現故障停機的情況，使電源更具安全性，這些優勢和特點能夠使其在很多行業領域發揮出更多作用。本文主要分析智能化數字電源的應用及其發展前景研究。

關鍵詞：智能化;數字電源;實際應用;發展前景

引言

電力能源一直是支撐現代化科技文明發展的重要能源，現代科學技術和電器產品更新換代以及廣泛應用推動下，特別是物聯網技術的快速推進，對電力能源及其智能化控制以及綠色節能降耗理念的融合就已經成為各行各業發展的主流技術研究方向，傳統較為單一且單純的模擬技術已經逐漸開始退出現代化技術舞臺，技術和各行業產品的開發與整體功能的研究以及其對電源技術的需求推動下，為智能化數字電源技術的發展提供了更為廣闊的空間。

1、智能化數字電源技術的相關概述

智能化數字電源技術是結合微控制器或數字信息處理器前提下，針對PWM控制器與數字電源驅動模塊為主要功能對象，針對電源進行實時監測、功能與故障管理以及自動化控制，能夠實現電源產品的實時監測、控制、管理，并延伸到整個電源回路的控制。一般來講，智能化數字電源主要是通過DSP或MCU來實現自動化控制，而與MCU相比下，對電源的控制DSP是利用數字濾波形式為主要表現，其在電源的穩壓性和反應靈敏度方面有著很好的性能效果，正因如此，其能夠滿足較為復雜的電源需求。常見的數字電源控制基本框如圖1所示：

從特性角度來說，其主要表現在以下幾個方面：（1）智能化數字電源技術表現出了高度的集成化程度，其能夠實現將大量分離式元器件集中整合在一組或一個芯片中，以達到電源系統單片集成化的效果。（2）智能化數字電源技術實現數字電源整合，其可以實現組合開關電源中數字組建和模擬組建的優化組合，例如運用MOSFET驅動器與數字電源控制器相連，實現數字電源的有效管理，同時也能夠進行偏置電源的合理保護。（3）實現微控制器和數字信號處理器功能優勢的全面發揮，其能夠促使數字電源按照相關技術指標要求予以運行，例如促使脈寬調至分辨力達到150ps的程度，另外，也可以進行故障的預測、負載均流、非線性與多相位控制等多項優質功能，在綠色節能電源整體研究方面提供了很多實踐數據方面的支持。目前智能化數字電源和其所具有的穩定性、安全性、性能優化方面的特點，使得其逐漸替代了傳統模擬電源，并且在很多領域內都有著十分廣泛的應用前景。

2、智能化數字電源的應用分析

2.1電路應用

對于智能化數字電源的需求市場來講，其主要是在模擬電源所無法滿足的一些領域，例如采用svpwm算法的大功率高壓變頻器、數字器件控制的電源內部參數，可以實現在線靈活是影響調整，也就是說，電源的動態特性具備靈活的可調性，能夠根據負載做出一定范圍的調整，在此基礎上還能夠保證性能的運行。智能化數字電源通信優勢主要是指，其可以使電源設備的遠程控制方式更加多樣化，為設備的監測帶來更大便利，通過智能化數字方式實現對電壓和電流控制開關的電源控制方式，此即為智能化數字控制電源。不間斷電源等大容量電源早在上世紀末就已經得到廣泛應用，21世紀10年代時期，智能化數字電源一直在不斷進行開發，如日本技術專家所研發的直管型LED照明內置電源中，運用DSP控制器數字來進行智能化控制，一些新電源工業將其作為重點研究對象，并在車載DC/DC轉換器上進行實踐，具有代表性的應用主要是開關電源中導入軟件方式數字控制。

2.2拓展應用

智能化數字電源在多應用領域的拓展最初表現在無停電電源裝置、太陽能電池、通信產品、服務器或功率調節器等基礎設施的部分產品中，但隨著DSP低價產品的出現，成本過高問題的有效解決和技術的研發，使其逐漸在汽車、產業設備、照明器具中都開始應用了數字電源。例如，成本單價僅為幾元錢的電源控制IC的產生并在數字電源產品中的有效應用，將數字電源控制IC成本成功降到了不足幾十元的模擬電源控制IC相持平的程度，使其在多領域應用成為了可能。

3、智能化數字電源的應用及發展趨勢

3.1應用情況分析

雖然市場上的大多數設備目前都使用模擬電源，但仍有一些領域很難應用這一技術，而數字電源主要用于一些難以實現模擬電源的領域，并逐漸進入傳統模擬電源的應用領域。作為一種開關電源，數字控制方式主要以數字方式控制電流和電壓，這在社會各個領域得到廣泛應用。例如，帶有DC/DC變換器的車輛用于新型電力工業的開關電源，實現了基于軟件的數字控制。基于DSP單片機的數字控制用于直LED照明的內置電源。數字電源具有與其他新技術相同的輸送周期，對利潤豐厚的高端市場有一定的影響，然后逐漸進入主流市場。此外，過去智能數字電源的應用僅限于太陽能電池板、通信產品、植入式非電源設備和服務器等相對簡單的產品。但隨著科技的發展，數字軟件技術在模擬技術領域的應用越來越廣泛，智能數字電源的應用范圍不斷擴大。比如，在工業廠房、車輛電源和LED照明中引入了數字控制電源，不僅能夠實現動態控制模式，提高通信功能，還縮短了開發時間，減小了產品尺寸，促進了電源效率的提高。過去，制約私營部門司發展的主要問題是費用高昂。但是，在科技高速發展的背景下，低成本產品實現了一定的發展，基本上相當于通用單片機的價格。該問題得到了有效解決，有利于數字電源的高效實現和小型化。

3.2發展趨勢

目標是低于1MHz且高于100瓦的電源。對于智能數字電源，所用DSP單片機消耗200 mmW功率，不適用于低輸出功率電源。發展智能數字電源時，DSP單片機的性能問題可以用專業的建議和技術人員的意見進行綜合考慮，可以采取有效措施解決其效率低下的問題，例如b .使用開關頻率小于1 MHz且輸出功率在50 W ～ 100 W范圍內的電源。智能數字電源可通過A-D變換器控制電壓和電流的穩定性、其輸出電壓和電流，并通過專業邏輯電路咨詢控制PI過程的計算。該方法適用于開關頻率大于1 MHz的電源設備。開發低成本DSP。伴隨著智能數字電源的開發和應用，低成本電力控制IC在數字資源產品中得到廣泛應用，逐漸取代了模擬電力控制ICs的應用。例如，新日本無線和美國微芯片技術等公司推廣的專用低成本數字電源控制IC已應用于許多數字電源產品。同時，在開關頻率小于1 MHz、輸出功率大于100瓦的區域，采用基于DSP單片機的數字控制電源。過去，數字電源中的稅務IC多采用高性能、單價極高的DSP，DSP的功耗達到1W，稅務ICs的工作頻率超過100MHz，經常出現只適用于USPs大于1kW的大型設備的指標過多的問題。為滿足部分先進電源制造商的要求，TI和單片機引入了“DSP單片機”，其價格與單片機相同，具有數字電源所需的功能，有效降低了DSP的成本，有助于解決數字電源中的控制ICs問題。

結束語

智能化數字電源技術的應用不但能夠實現電源系統單片的集成化發展，實現數字組件與模擬組件的組合優化，同時也能夠做到控制器與數字信息處理器功能優勢的全面發揮，其在電路和拓展中的應用所取得的效果也為其整體技術水平的更新升級提供了真實且有力的數據支持，其在未來必然會得到進一步普及和重點改進，不但應用市場會越來越寬，且在技術水平和應用效果方面也會為人們帶來更多更好的功能服務。

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