权力的产生、分配和消耗有许多方面，通常涉及从一种形式到另一种形式的多种转换，每一阶段都表现出其唯一的变化和控制。通常最有效的转换方法是通过转换源电压以实现整流、升降机或降压转换或甚至倒置。
开关的主要形式是脉冲宽度调制(PWM)，它提供了对输出波形/电压的高度控制，因此，也可以提供最大程度的效率。能量变换可以实现PWM控制阶段(已经)实现了在模拟域,虽然这可能在特定的条件下提供一个可接受的解决方案,它提供了更大的灵活性和可能导致解决方案,可能无法提供有效的转换在一个广泛的操作条件。由于这个原因，PWM转换阶段的控制现在过渡到数字领域，而这个新范式的核心是微控制器(MCU)。它不仅为设计增加了灵活性，而且提高了效率。当然，这在复杂性方面是有代价的，所以制造商在做什么来缓解这种转变呢?
还是模拟
对于模拟设计师来说，好消息是数字电源转换仍然需要大量的模拟技术;mosfet仍然用于开关和直接电源。对于那些不熟悉MCUs的人来说，坏消息是PWM信号用于控制这些mosfet现在由一个算法生成。
这显然会引起一些对于不熟悉编写嵌入式代码的工程师的担忧，但是许多针对这个应用程序空间的主要制造商现在都提供了软件库，以帮助设计人员在第一个实例中，例如由微芯片提供的“智能模式电源控制库”;一个为dsPIC33F和dsPIC33E家庭的数字信号控制器优化的库。
虽然与传统的MCUs非常相似，但现在被称为数字信号控制器(DSCs)的设备是为这种类型的应用而开发的一种相对较新的设备。例如，dsPIC33E具有一个高速PWM模块，它提供3个PWM对每个独立的定时，并且能够支持DC/DC, AC/DC转换与功率因数校正，以及逆变设计，照明控制和BLDC(无刷直流电动机)控制。
在数字电源应用中使用dsPIC实际上意味着DSC在模拟设计中取代了几个功能;summing节点(将转换器输出的电压与参考电压进行比较)，补偿器(实现反馈以确保稳定运行的设计部分)，以及PWM生成器本身都可以被DSC包含。
在数字拓扑中，该算法有效地替代了补偿器硬件。因为它是软件，它提供了更多的灵活性，比如实现非线性函数的能力。当涉及到供应变化或负载变化时，这使得系统设计中的自由度大大增加。此外，修改更容易，无需删除或调整物理组件;可以通过简单地改变一些数字参数来改变。图1显示了数字电源设计中可以由dsPIC DSC代替的模拟函数的框图。
在传统模拟解决方案中不明显的数字设计中需要的另一个元素是测量电压的能力。这为数字控制算法提供了重要的数据，并通过模拟/数字转换器实现。dsPIC33E的特点是一个ADC模块，有多达16个模拟输入，可在多达1.1 Msamples/s中取样。这种水平的性能显著提高了DSC的功能频率。
微晶片技术的dsPIC33图。
图1:微芯片技术的dsPIC33已经被设计用来取代几个模拟功能的电源转换设计。
全面的设计支持
显然，数字电源转换仍然严重依赖于模拟功能，这就是为什么MCUs在通用和DSCs中特别适合这个应用程序空间;他们将处理核心的数字能力与基本的模拟功能(如adc和DACs、运算放大器和比较器)结合在一起。
这两个域的紧密集成是至关重要的，因为它允许在时域中优化控制循环。在反馈循环中最小化转换时间对于提高整体效率至关重要，这是任何数字电源转换解决方案的最终目标。
这在来自英飞天的XMC4500家庭中很明显，它结合了许多设计的功能，使高效的数字电源转换更容易实现。这包括一个高分辨率的PWM (HRPWM)，它提供了一个150 ps的工作周期分辨率。通过这样的微调，可以更精确地调节一个buck转换器的输出电压，从而产生更少的输出电压波动。
在XMC4500: CCU4和CCU8中，捕获/比较单元支持HRPWM。这些单位可以支持广泛的脉冲产生，包括不对称，非周期和单事件。这些单元还可以由一些内部/外部源或探测到的事件触发。
使用可编程设备在电力转换解决方案的核心的另一个好处是，它可以很容易地实现电源管理总线协议(PMBus);一种开放的标准，它具有超过200条指令的命令语言，旨在允许系统的不同和不同的元素进行通信。基于I2C接口和系统管理总线(SMBus)的一个变体，将PMBus服务器添加到基于XMC4500的系统相对简单;一个应用指南可以在英飞凌的网站上解释如何实现。在英飞凌软件开发平台的4版本中，也支持使用XMC4000家族设计电源转换解决方案，DAVE。
XMC4000系列基于ARM Cortex-M4核心，具有浮点扩展，一个32位内核，具有许多高级特性，并与英飞宇的CCU4/CCU8和HRPWM功能完全集成。英飞凌提供了一系列使用HRPWM模块的能量转换和PWM生成的DAVE应用程序。因此，它是一个适合于最复杂的电力转换系统的综合平台。
PWM的重要性
虽然许多DSCs都是基于最初为MCUs设计的核心，但是一些DSCs采用了基于DSP(数字信号处理器)的核心，并将其与DSC解决方案所需的硬件特性结合起来。这种设备的一个很好的例子是来自德州仪器的TMS320F2802x短笛。然而，可能比其核心更重要的是增强的PWM外围设备。这是一个高度可编程的，并且基本上是自主的外围设备，一旦配置好，就可以只运行最少的CPU交互。这显然提供了实时系统的优势，比如复杂的功率转换。
每个ePWM都有一个16位的时基计数器，并支持两个PWM输出，可以独立操作。它们还包括八个子模块，包括时基计数器，它与其他的(包括其他的)一个死带子模块连接在一起，用于传统的上、下开关的互补控制，以及一种PWM斩波器，用于在需要时创建一个斩波载波频率。对PWM (HRPWM)的高分辨率扩展也可以在一些变体上使用。图2显示了Piccolo如何在峰值电流模式控制(PCMC) buck转换器中使用。
德州仪器的Piccolo DSC图像。
图2:德州仪器的Piccolo DSC在峰值电流模式控制buck转换器配置。
在数字电源应用中，将单片机核心与类似dsp的特性合并在一起创建DSC是一个明显的好处，这实际上是NXP(以前的Freescale Semiconductor)提供的56F8037/56F8027家族的功能。基于一个具有双哈佛架构的专用核心，它的单周期设计意味着它可以在32兆赫时每秒运行多达3200万条指令。这是由单周期16x16位并行MAC (multiplier-累加器)单元辅助的。当核心频率只有32兆赫时，PWM可以从一个高达96 MHz的时钟运行，并有15位的分辨率。六输出PWM模块允许从PWM生成器、外部GPIO、内部计时器、模拟比较器输出或ADC转换提供源信号。
图56个f8000 NXP的
图3:这张图展示了NXP的56F8000如何在隔离的110 W DC/DC smp中提供数字控制。
图3显示了在DC/DC SMPS应用程序中使用的56F8000的框图，在这个例子中，它是一个110 W的隔离开关电源，而DSC位于次要服务器端。
结论
向数字强国的迁移已经有一段时间了;数字控制的好处是难以否认的，而且由于模拟和数字集成在单一设备上的持续和积极的进展，现在采用数字电源解决方案比以往任何时候都更加划算。
对更高效的操作的需求只会增加，这自然会推动数字控制。现在有了这么多有能力的解决方案，很明显，转向数字电力转换不仅在商业上具有吸引力，而且在技术上也是值得的。