智能化数字电源的应用及其发展前景

樊兆宝，王京亮

（贵州梅岭电源有限公司，贵州 遵义 563003）

0 引 言

随着我国电子电路技术的高速发展，开关电源逐渐朝着智能化方向发展。智能化数字电源具有优异的监控功能，能够结合实际应用需求灵活调整，适应性和智能性较强，应用前景十分广阔。

1 智能化数字电源的发展

随着我国科学技术的发展，开关电源逐渐朝着智能化方向推进，数字化技术与电源领域之间的融合创新出许多智能化、数字化产品。数字电源本身具备较好的监控性能，能够为使用者提供更多的智能服务，提高设备的可操作性。例如，当智能化数字电源中的远程故障诊断系统探测到设备出现故障时，无需维修人员亲自进场处理，通过远程故障诊断技术便可以实时分析故障问题并对其进行处理。相较于传统电源，智能化数字电源在管理方面具有诸多优势，既能够满足不同使用环境的需求，又能够极大程度地提高电流保护效率，有效降低设备故障停机的概率[1]。

智能化数字电源主要包括微控制器和数字信息处理器，能够结合电源实际运行状况进行实时监测，并对其进行实时分析和自动化控制。智能化数字电源通过微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）实现自动化控制，具有较高的灵敏度，能够有效确保电源的稳定性，并满足不同复杂情况下的电源需求[2]。

从性能角度来看，智能化数字电源技术具有较高的集成度，能够将大量分离的元器件组合到一起。通过模拟组件的方式能够有效实现数字电源的实时管理，并且还能保护偏置电源。随着时代的发展，智能化数字电源将会逐渐取代传统模拟电源[3]。

2 智能化数字电源的特点

智能化数字电源是以微控制器为核心、以脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）控制器为对象的智能化开关电源系统。虽然传统开关电源也是由微控制器进行控制，但是这种控制方式十分单一，只能实现控制电源的开与关。而智能化数字电源能够满足多种使用需求，实现智能化控制[4]。智能化数字电源既能够实现开关电源的全部功能，也能够发挥模拟组件的特点，例如应用金属氧化层半导体场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET）驱动器能够实现偏置电源的管理。

从内部结构角度来看，智能化数字电源由分立式电子元器件整合而成，包含众多芯片，充分体现出电源系统的高集成化特性[5]。智能化数字电源能够充分发挥数字信号处理器的优势，满足特定环境下的技术指标要求。此外，利用智能化数字电源还能够实现多相位控制、负载均流等功能，不仅能够满足使用需求，而且还能极大地提高工作效率[6]。通过各模块的有机融合形成分布式数字电源系统，极大地提高了数字电源系统的可靠性[7]。

数字电源数字信息可由光盘或磁盘保存，能够实现较长时间的数据保存。此外，数字电源具有较强的灵活性，可以实时更改相应参数，而不用添加电路元器件。不同温度环境中，模拟电源输出电压的值有所不同，而数字电源对于外界环境温度敏感较低，不存在模拟电源电压漂移问题。相较于模拟电源，数字电源还具有较强的数据处理能力，技术人员通过程序编写的方式可以精准控制开关管导通与关断的时间，进而达到同步整流效果，减少开关管的开关消耗。

在物料成本方面，数字电源相对较高，模拟电源的物料成本较低；在温度漂移方面，数字电源对于外界温度敏感度较小，而模拟电源对于温度敏感程度较大；在集成度方面，数字电源具有较高的集成度，而模拟电源的集成度较低。

通过模拟技术与数字技术的融合，极大地提高了智能化数字电源的适应性，能够结合实际使用状况灵活处理各种系统。此外，通过远程诊断系统可以确保系统的安全可靠运行。随着工艺的不断变更，自动调节技术、自动诊断技术使得各项调试维护工作变得越来越轻松。智能化数字电源管理芯片可以实现同步信号下的并联应用，能够减少电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI），实现负载均流。数字控制具有较强的灵活性，能够结合实际需求形成虚拟电源，确保负载系统处于最佳的功率转换状态。相比于传统模拟电源存在数据误差或者设备老化的现象，数字化电源对于外界温度环境的需求不高，较为稳定。此外，数字电源还有其特有的运算特性，技术人员通过更新固件的方式就能够调整拓扑结构、改变电源参数。

3 智能化数字电源应用分析

不同于模拟电源，智能化数字电源可以与大频率高压变频器结合，利用数字元器件进行在线调整，确保电源具有实时变换的动态特性[8]。从市场需求角度来看，当前我国智能化数字电源填补了模拟电源领域的空白，例如数字器件控制电源内部参数能够结合实际情况进行灵活调整等。通过应用智能化数字电源能够使远程控制方式更加多样化，实现对电源和电流控制开关的智能控制[9]。

近年来，智能数字电源被各国学者不断优化，例如有学者利用数字信号处理（Digital Singnal Processor，DSP）控制器对电源进行控制，并将其应用到车载转换器上进行实验。数字电源最初在高端产品领域发展，随后才在主流市场领域渗透。此外，设计人员还结合智能化数字电源的特性为其配备了通信功能，以此实现动态可靠控制[10]。随着DSP低价产品进入市场，有效解决了智能化数字电源成本过高的问题。电源控制IC在数字电源产品中的应用使得该设备的造价与模拟电源持平，有效拓宽电源控制的应用渠道。技术的发展推动产品的更新迭代，有效解决因自身经济实力不足而难以达到预期需求的问题。数字电源DSP消耗的电能约为200 MW，倘若电源输出功率较少，将难以适用。从开关频率角度来看，智能化数字电源能够对电压和输出电流进行监测，并且还能够利用智能控件进行控制，以此消除数字控制延迟。

随着我国半导体行业和集成电路行业的发展，数字控制器（Digital Motion Control，DMC）的尺寸越来越小，其工作效率不断提升。通过软件编程，技术人员可以实现各种数字电源的应用功能，其灵活性和可操作性为用户提供了较大的操作空间，能够根据实际需求调整电路参数。相较于传统模拟开关电路，数字电源的核心控制部分大大简化，并且具备可编程性等功能特性。

在数字电源实际应用过程中，其安全性、可靠性是技术人员需要重点考虑的问题，必须保障智能化数字电源应用安全可靠，从而充分发挥其真正作用。例如，在智能化数字开关电源设计过程中，技术人员可以利用变压器满足电气隔离需求。由于变压器分为工频变压器和高频变压器，因此技术人员还需要结合不同的变压器类型进行灵活应用。

4 智能化数字电源发展面临的问题与前景

虽然智能化数字电源具备众多优势，但也存在一定的问题。模拟控制能对信号状态进行瞬时响应，技术人员要想对其采样处理，则需要根据负载变化做出相应反馈，而智能化数字电源对于负载变化的反馈速率要低于模拟电源。智能化数字电源本身较为复杂，技术人员自身需要具备强大的编程能力，能够结合实际需求对其综合分析。原有电源设计主要以模拟设计为主，大多数企业无法有效发挥智能化数字电源的作用，从而制约智能化数字电源的发展。此外，数字电源在我国市场流通的时间有限，人们难以从多个维度分析其可靠性。从用户角度来看，数字电源虽然得到广泛发展，但目前数字电源的成本要比模拟电源高。只有在数字电源成本低于模拟电源成本且能提供模拟电源所不具备的功能时，用户群体才会将数字电源作为优先选择。

由于智能化电源的DSP电能消耗较多，因此它并不适用于输出功率较小的电源。随着时代的发展，电源设计需要结合当前我国市场需求，不断优化原有DSP微控制器，以此提高效率，确保能够满足元器件对电压和电流稳定性的要求，并且能够对其进行实时监控。

5 结 论

综上所述，随着我国物联网技术和互联网技术的快速发展，传统模拟技术已经不能满足新的市场需求。智能化数字电源的兴起使得我国电源系统朝着集成化、智能化方向发展，通过将微控制器与数字信号处理器进行融合充分发挥其有效作用，为通信电源领域的创新发展提供保障，未来需要进一步深入普及与应用。