数字电源已经由被热炒的概念走入实际应用。自2005年下半年开始，以“全数字控制回路”为特怔的数字电源控制芯片开始出现，TI、Silicon labs、Primarion、Zilker Labs和凌力尔特等公司纷纷推出了产品，并进入到高端AC/DC电源设计中。最近几个月，一个新的变化是，用于DC/DC转换器的电源控制芯片产品和供应商也加入数字电源市场，预计到2007年，下游的客户会有更多的选择。市场研究机构Darnell Group表示，2006年全球数字电源芯片市场为1.69亿美元，预计2010年将达到7.96亿美元，年复合增长率为36.4%。未来几年，数字电源芯片仍将以AC/DC电源应用为主，另外在高端DC/DC转换器中有所应用。 

    数字电源的核心：电源转换的数字化控制 

    一直以来，业界对于数字电源的概念争论不一，对应的产品也是五花八门，有全数字控制芯片，也有披着“数字外衣”的模拟控制器，还有模拟和数字混合的电源控制器。时至今日，业界很多公司都比较认同TI从功能上对数字电源进行了定义：数字电源就是数字化控制的电源产品，它能提供配置、监控和管理功能，并延伸到对整个回路的控制。也就是说，数字电源包括两部分：PWM反馈回路的全数字控制，电源管理与通信。 

    “数字电源管理有两大特色，数字化控制的电源转换和系统层面的电源管理。”国家半导体便携电源系统先进技术主管Ravi Ambatipudi表示。传统上，电源转换器配合模拟控制回路和模拟电路，与之相反的是，“在大多数基本形式的数字电源管理中，电源转换器配合全数字控制环路和数字电路。除了外部输出滤波器外，不需要其它的模拟元件”，他表示，“系统级的数字电源管理包括SoC芯片的智能化，SoC能够通过专门接口智能地控制稳压器(voltage regulator)，实现先进电源管理。” 

    事实上，业界关于数字电源的概念不一，主要是因为混淆了数字电源的两个部分：PWM反馈回路的全数字控制，电源管理与通信。TI资深技术销售工程师李志林表示：“真正的数字电源应该是数字化控制电源转换，而不是电源管理与通信方面，因为目前模拟控制器也可以采用I2C和PMBus实现电源管理与通信。”上海英联系统公司技术总监乔宗标对此也表示认同，他指出：“数字电源的核心是电源转换控制，它是环路控制、软件启动和隔离等功能的实现回路，而PMBus只是外部端口特性，关系不是很大。” 

    从最近几家公司推出的数字电源控制芯片来看，业界对数字电源的概念越发一致。无论是TI、Microchip还是Zilker，他们推出的产品都实现了全数字控制回路和支持PMBus总线——随着越来越多的公司支持，PMBus可望成为数字电源的通信总线与接口标准。为了减少工程师对编程的恐惧，他们的产品都可通过图形用户界面(GUI)进行全面配置，从而无需单独进行软件编程即可对电源转换进行监控与管理。另外，为了帮助客户平滑向数字电源转换，他们的产品也支持原来模拟控制的一些功能。 

    在数字电源市场，Microchip是一个典型的渐进主义者，产品由简单到复杂。Microchip的数字电源控制器产品可以分为四个级别，在推出了开关控制、比例控制、拓朴控制产品后，直到今年夏天，Microchip才推出了第四级全数字控制器——最多可以支持四路输出的16位dsPIC数字信号控制器(DSC)系列，这也是Microchip真正意义上的数字电源产品。Microchip DSC部门战略市场总监Steve Marsh表示：“新推出的是第四级全数字控制产品，第一次实现全数字控制回路。它最大的特点是只需要使用DSC，完全通过固件实现数字滤波，只需要外接功率驱动模块。这样的数字控制，可以使客户使用的元件数量减少50%。”它适用于AC/DC电源、功率因数校正(PFC)、隔离式DC/DC转换器、UPS和逆变电源等。 

    而没有任何历史包袱的初创公司Zilker却走得非常快。7月末，Zilker推出首款整合了全数字电源管理功能的3A电源转换单芯片解决方案ZL2105，作为其应用范围为3A-30A的ZL2005的补充。它在6×6毫米的小型封装中集成了DC/DC转换(包括同步功率MOSFET)与关键电源管理功能。通过简单的引脚带连接、电阻选择，或通过该器件上的板上串口，使用PMBus命令集可对Zilker的产品进行配置。ZL2105适用于数据通讯、电信、工业控制及其它基于机架的电子系统嵌入式应用。为了向亚洲市场推广产品，Zilker于今年初在香港成立子公司，为亚洲客户提供设计和销售服务，并在9月与分销商安富利亚洲区签署合作协议。 

    值得注意的是，Zilker芯片的控制核心不是DSP或MCU，而是一种称之为State-Machine的技术。Zilker公司创始人兼市场营销副总裁Jim Templeton表示：“基于DSP的数字电源方案需要昂贵的高速ADC和DSP，成本和功耗比较高，而且编程复杂。”但他也坦承，相比DSP方案，ZL2105的功能要少一些，目前也只能做降压转换。 

    DSP方案的领头羊TI公司的李志林则指出，由于采用了非常成熟的CMOS工艺，TI方案的特点是功能完备，而且功耗很低。目前TI的数字电源芯片为UCD9K系列和UCD7K系列，已经被用于AC/DC电源。9月中旬，TI的UCD9K系列中又多了两款用于负载点电源(POL)的产品——单相UCD9111与双相UCD9112控制器，支持电信和数据业务应用。它们采用175皮秒分辨率的数字PWM，并可通过GUI进行全面配置，从而无需单独进行软件编程即可对负载点电源转换进行监控与管理。GUI配置功能使设计人员能够对电源电压、电流阈值与响应、软启动、容限、环路补偿以及众多的其它功能进行智能管理。  

    近期主要应用市场：高端AC/DC电源 

    研究机构Darnell的数据显示，2006年全球数字电源芯片市场(包括VR Loop Controller、Non-VR Loop Controller、PFC Loop Controller、Converter Management IC和System IC)为1.69亿美元，预计2010年将达到7.96亿美元，年复合增长率为36.4%。Darnell强调说，嵌入式AC/DC市场将为数字转换器控制芯片提供最佳商机，近期，AC/DC电源中能源效率提升和PFC需求为数字控制带来了机会。 

    李志林也表示，数字电源的主要应用是那些高性能和智能化要求比较高的领域，如数据(服务器、存储和UPS)、通信(整流器、3G基站和路由器)、高端工业设备、测试测量设备、医疗设备等。他强调说：“其实数字电源并不是什么新东西，在UPS、逆变电源和马达控制等领域，很早就有人采用通用DSP进行控制，它其实就是数字电源。目前推出的数字电源芯片，其实是DSP或MCU针对电源应用进行了一系列功能和接口的优化。”事实上，目前TI用于AC/DC电源的UCD9501，就是源于其DSP产品TMS320F28。 

    而在上述这些领域中，数字控制芯片主要是用在AC/DC电源，DC/DC方面才刚刚起步。上海英联的乔宗标解释说：“一般来说，新技术都会先用于AC/DC电源中，因为它的灵活性和性能要求高，对体积要求严格，目前通常是定制的方式，成本非常高。客户更希望采用数字控制芯片，利用软件编程实现设计复用，缩短开发周期和成本。尽管最初单个或者几个项目数字电源方案的成本可能会稍高，但从长期来说，总体成本还比模拟电源稍低。”他还强调说：“AC/DC好坏影响的是整个系统，因此系统要对AC/DC进行实时监控和管理。”不过，由于高端AC/DC市场主要为海外厂商所垄断，而数量众多的中国AC/DC电源厂商主要是在低端市场竞争，目前中国市场上，采用数字电源方案的还主要是海外厂商在华的研发机构和工厂。 

    作为数据和通信领域的DC/DC转换模块电源供应商，乔宗标认为数字电源在DC/DC领域的规模应用最快还需要2-3年。他表示，上海英联一直在跟踪数字电源，并也做了一些验证性工作，但考虑到数字电源在DC/DC领域成本优势不明显，技术优点并没有经过规模验证，系统客户对数字电源的反应也并不是很明显，近期内不会是重点。他强调说：“实际上，成本不是问题，从长期来看，数字肯定比模拟要便宜，关键是能否带来一些增值的东西。系统客户不关心技术上如何实现，他们只关心结果。” 

    李志林也指出，数字电源技术在DC/DC领域的应用才开始，因为DC/DC本身比较简单，现有解决方案可以很好满足，而采用数字电源技术会增加成本，因此DC/DC领域最初的应用是一些有高端、大电流、智能化和实时监控要求的场合。 

    尽管初期数字电源可能比模拟电源成本要高，但数字电源供应商认为，如果不单纯看硬件成本，计算包括安装和维护在内的总体成本，数字电源的成本要比模拟电源低。研究机构Darnell则认为，从经济因系来看，数字方案优于模拟方案是必然的。模拟芯片遵循自己的“摩尔定律”，即模拟芯片的尺寸每一代缩小30%，每4-8年，成本减半。而数字芯片的尺寸每一代缩小1/2，每一代的时间为18-24个月。不过，由于每次新一代的成本增加10-20%，每2-3年，数字芯片的成本减半。Darnell预测说，在2代半导体工艺生命周期内，数字电源控制芯片的成本将具有优势。2006年至2008年，数字控制芯片平均售价(ASP)将每年下降20-25%。经过如此迅速的下降后，数字芯片将进入价格平坦期，价格下降的速度将减缓，保持在中高位的个位数。 

    Darnell还在一份报告中指出，从目前来看，数字电源市场的领导者是半导体巨头TI、其后是Astec Power、Power-One、Artesyn Technologies和Primarion；不过，由于数字电源是一个新兴市场，谁能够笑到最后，目前还无法定论。在数字电源浪潮中，Primarion和Zilker等初创公司表现也非常不错。Zilker的Templeton表示：“尽管初创公司通常会走在前头，但一些传统电源厂商也表现得非常聪明，他们正通过和初创公司结盟，进入这个市场。我们也正在和一些大的、产品线互补的电源芯片大厂合作。”。可以预计的是，未来几年，数字电源市场将出现频繁的合作、并购和整合消息。