数字电源提供多种配置方式和应用灵活性

传统的模拟电源无论在拓扑结构、器件、效率、功能上都日臻完善，应用也极为广泛，并且有大量的工程技术人才熟悉和正在设计使用模拟电源。但模拟电源最大的缺点是缺乏灵活性，在应用的需求变化时，需要花很多时间进行重新设计、验证和测试。

数字电源可通过数字方式对电源系统的各项参数进行设定，实现一次设计、反复使用，并且易于扩展。Intersil Zilker Labs公司推出的ZL2008是最新一代数字DC-DC电源控制器，使用了Intersil Zilker Labs的引脚设置技术配置功率转换和电源管理参数，同时通过PMBus接口进行遥测和监控，补偿、电流分配和输出电压等工作参数可以通过引脚进行配置。ZL2008可用搭积木的方式搭建直流电源，使用3.3V单相电源到12V输入的多相电源。

图1 ZL2008的功能框图

设计特点: 自适应控制算法

目前的嵌入式电源系统通常是针对最大负载的情况进行的效率优化，通过限制系统内部的总体散热量，达到减少峰值热应力的目的。然而不幸的是，大多数系统通常工作在远低于峰值的状况下，电源系统却是针对峰值负载的情况进行优化的，因此通常达不到最佳的转换效率。虽然这不会产生热应力，但是会消耗更多的电能，进而导致更高的总体系统运行成本。

Intersil Zilker Labs数字电源技术部高级经理Chris Young介绍，ZL2008 DC-DC采用自适应的控制算法，使功率转换器自动改变运行状态，始终工作在最佳的效率点上，提高效率和整体性能，而只需用很少或不用用户的干预。

图2 ZL2008的典型应用电路

ZL2008的PWM环路使用一个模拟和数字混合模块，能够对功率转换的整个进程实现精确的控制，而且不需要任何软件。ZL2008集成了各种电源管理功能，可以用简单的引脚连接进行配置。用户配置可以保存在内部的非挥发性存储器里(NVM)。另外，全部功能可以通过SMBus硬件接口，使用标准的PMBus命令进行配置和监控。ZL2008的功能参见图1。

功能组合提高功率转换效率

ZL2008是电压模式的同步降压转换器，具有可选的恒频PWM控制，搭配外部MOSFET、电容器和电感器组成完整的功率转换器。

在最简单的配置下，ZL2008需要两个N沟道功率MOSFET，一个用做上控制MOSFET，一个用做下同步MOSFET(QL)。QH的导通时间与总开关周期成正比，称为占空比D，用下式表示。

在时间D内，QH导通，VIN-VOUT施加到电感器上。当QH关断，电感里的电流必须持续从地向上流经QL，在此期间，电流以一定斜率下降。由于输出电容器COUT在此开关频率下的阻抗低，电感电流的AC成分被从输出电压中滤除，因此负载看到的几乎是直流电压。

一般来说，降压转换器会标定一个最大占空比，限制在给定输入电压下的最大输出电压。这个占空比限值保证了低侧MOSFET在每个开关周期中最短的开启时间。这样可以对启动电容器进行充电，为高侧MOSFET提供足够的栅极驱动电压。

在这个电路里，目标输出电压是通过把差分的VSEN引脚直接连到输出稳压点上来实现调节的。然后把VSEN信号和参考电压做比较，用户把参考电压设定为所需要的输出电压级别。比较后产生的误差信号转换成数字值，用低分辨率的模数转换器转换。数字信号再送到可调的数字补偿滤波器，补偿过的信号用来产生适当的PWM占空比，驱动外部MOSFET，产生所需的输出。

ZL2008有几个功能，可以提高功率转换效率。非线性响应(NLR)环路提高了响应时间，降低了输出偏差。ZL2008监视功率转换器的操作条件，持续调整高边和低边MOSFET的导通和关断时间，优化电源的整体效率。自适应的性能优化算法，例如死区时间控制、二极管仿真，频率控制可提供更好的效率改善。

典型应用电路如图2所示。在这个原理图可以看出，在功率传递链上，只需要几个元件就能实现一个全功能、完全可配置的电源，带有数字功率转换、电源管理、故障管理和遥测。

总结

ZL2008包括先进的节能算法，能够持续地调整电源，将损耗降至最低值。嵌入式控制器使用这些算法，实时调节各种工作参数(死区时间，开关频率，低侧FET导通时间，等等)，以优化效率。这样，ZL2008可以适应生产变化、温度变化、负载变化、输入电压变化、温度变化和元件老化带来的影响，提供最高的性能。该器件还集成了功率转换控制、电源管理、故障管理和遥测等功能，可节省数十个元器件，大大降低了材料成本。随之而来的另一个好处是加快了开发进度，减少了生产制造的时间。