帶你認識數位電源

一、 前言

       目前市面上的大多數電子產品都使用直流電壓,所以交流市電會透過變壓器的轉換,將交流電壓轉變成各種大小的直流電壓,這一種將交流電轉換成直流電的設備稱之為 AC/DC 電源供應器,依電路架構可分成線性式電源供應器 ( liner power ) 與切換式電源供應器 ( switching power ) 兩種,切換式電源供應器最大的優點就是轉換效率高,一般來說都有80 % 以上的效率,其次還有重量輕、體積小、功率密度高、空載消耗功率小的優點,現今幾乎都已經取代了線性式電源供應器。

       隨著時代的進步,各類型電器需求的電能大幅增加;新世代電源的規格與應用也越來越複雜,傳統類比控制電源已無法滿足這些電源產品的規格與應用,而數位電源可以克服類比控制電源的問題。

       數位電源是以類比控制切換式電源為設計的基礎上,使用微處理器取代類比控制;進行可程式化的電源管理;搭配軟體演算法進行控制電源供應系統,實現類比控制切換式電源無法做到的電源控制、管理、監控與通信功能,並具有高度的靈活性;可保證各種輸入電壓和各種負載條件都能得到最好的轉換效率。


二、 常見數位電源的應用

目前常見的數位電源如下 :

   1. 伺服器電源

       伺服器電源常使用在資料中心 ( Data Center )、遊戲伺服器 ( Game Server )、網通伺服器 ( Telecom Server ),下圖為遊戲伺服器機房,目前單組伺服器平均消耗電力約在 1000 W。



   2. 汽車充電樁

       汽車充電樁,顧名思義是一種為電動汽車補充電能的裝置,目前充電樁分交直流電壓兩種工電;功率 2.6 kW ~ 300 kW,下圖為電動車充電站,最大輸出功率 120 kW。



   3. 電信交換機電源

       傳統光纖傳輸受於物理限制導致傳輸的距離不長,點對點之間的資料傳輸會經由交換機房接收處理後再發送;避免資料丟包,下圖為光纖交換機房,系統消耗功率約在 720 W ~ 1500 W。



   4. 電競用電源供應器

       近年來電競產業興盛,電競配備市場需求大增,電競級電腦在規格上會搭配著運算能力強大的硬體,對於電源供電的要求也相對提升,目前電競電源供應器功率約在 850 W ~ 1200 W。



三、 什麼是類比電源、半數位電源和全數位電源 ?

   1. 類比電源 :

       傳統電源供應器的控制 IC 以類比的方式實現,以 PFC 回授控制為例,輸出分壓訊號經過誤差放大器調整回授參數與補償,再與類比產生的三角波做比較進行 PWM 控制。



   2. 半數位電源 :

       半數位電源是將類比控制與微處理器 ( MCU ) 搭配而成,與類比電源最大的差異是多了軟體控制與通訊介面 ( Interface ),半數位在電源產品內只做系統監控、PWM 開關控制與保護設定。

       類比調整輸出電壓、電流,需要用到銲槍、鑷子、電阻……諸多準備才能做到,半數位電源只需使用電腦透過軟體修改暫存器內的參數就能調整。通訊介面的功能增加,可以達到監控輸入電壓、輸出功率、內部溫度……等的資訊。可惜回授控制與補償仍然是類比架構,所以做不到對電源的細部控制。



   3. 全數位電源 :

       全數位電源以微控制器 ( MCU ) 或數位訊號處理器 ( DSP ) 為核心,基於半數位電源基礎加入回授控制、回授補償的調整,通過遠端診斷也能確保系統可靠性、執行故障管理、各種保護的設定,最終在電源產品上實現 “電源控制” 與 “電源管理”,同時MCU 內部模組與可程式化亦能簡化外部被動元件數量,

       目前在整個市場中,數位電源技術所占的比例正在逐步增長,如今越來越多的系統開發商採用這種技術,數位技術正在成為電源系統設計的新趨勢。



四、 類比電源和數位電源的優缺點

       表1. 為類比與數位電源的優缺點比較表,從比較結果可以得知類比與數位各有千秋。值得一提的是,當類比電源不能滿足客戶每項需求時,這就是數位電源的切入點,因為數位電源有非常高的靈活性,可滿足各種條件的應用,例如 : 通信需求、即時監控系統狀態、全負載條件的最佳化效率又或負載條件極為複雜的情況,那數位電源就會是最佳選擇。









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