所謂數字化電源的本質在于電源對輸出電流/電壓的PWM調節是由數字芯片按照一定的數字控制方式和算法產生，這是數字電源的最本質特征。

定義

目前，數字電源有多種定義。

定義一：通過數字接口控制的開關電源(它強調的是數字電源的“通信”功能)。

定義二：具有數字控制功能的開關電源(它強調的是數字電源的“數控”功能)。

定義三：具有數字監測功能的開關電源(它強調的是數字電源對溫度等參數的“監測”功能)。

*上述三種定義的共同特點是“模擬開關電源的改造升級”，所強調的是“電源控制”，其控制對象主要是開關電源的外特性。

定義四：以數字信號處理器(DSP)或微控制器(MCU)為核心，將數字電源驅動器、PWM控制器等作為控制對象，能實現控制、管理和監測功能的電源產品。它是通過設定開關電源的內部參數來改變其外在特性，并在“電源控制”的基礎上增加了“電源管理”。所謂電源管理是指將電源有效地分配給系統的不同組件，最大限度地降低損耗。數字電源的管理(如電源排序)必須全部采用數字技術。

與傳統的模擬電源相比，數字電源的主要區別是控制與通信部分。在簡單易用、參數變更要求不多的應用場合，模擬電源產品更具優勢，因為其應用的針對性可以通過硬件固化來實現，而在可控因素較多、實時反應速度更快、需要多個模擬系統電源管理的、復雜的高性能系統應用中，數字電源則具有優勢。

此外，在復雜的多系統業務中，相對模擬電源，數字電源是通過軟件編程來實現多方面的應用，其具備的可擴展性與重復使用性使用戶可以方便更改工作參數，優化電源系統。通過實時過電流保護與管理，它還可以減少外圍器件的數量。

數字電源有用DSP控制的，還有用MCU控制的。相對來講，DSP控制的電源采用數字濾波方式，較MCU控制的電源更能滿足復雜的電源需求，而且實時反應速度更快、電源穩壓性能更好。

特點

1.控制智能化

它是以數字信號處理器(DSP)或微控制器(MCU)為核心，將數字電源驅動器及PWM控制器作為控制對象而構成的智能化開關電源系統。傳統的由微控制器控制的開關電源，一般只是控制電源的啟動和關斷，并非真正意義的數字電源。

2.數模組件組合優化

采用“整合數字電源”(Fusion Digital Power)技術，實現了開關電源中模擬組件與數字組件的優化組合。例如，功率級所用的模擬組件MOSFET驅動器，可以很方便地與數字電源控制器相連并實現各種保護及偏置電源管理，而PWM控制器也屬于數控模擬芯片。

3.集成度高

實現了電源系統單片集成化(Power System on Chip)，將大量的分立式元器件整合到一個芯片或一組芯片中。

4.控制精度高

能充分發揮數字信號處理器及微控制器的優勢，使所設計的數字電源達到高技術指標。例如，其脈寬調制(PWM)分辨力可達150ps(10~12s)的水平，這是傳統開關電源所望塵莫及的。數字電源還能實現多相位控制、非線性控制、負載均流以及故障預測等功能，為研制綠色節能型開關電源提供了便利條件。

5.模塊化程度高

數字電源模塊化程度高，各模塊之間可以方便地實現有機融合，便于構成分布式數字電源系統，提高電源系統的可靠性。

基本原理

數字電源的關鍵是電源管理、控制信號的數字化處理，其基本要求是：在保障穩定性的前提下，具有快速性、平穩性和準確性。下面以負載點變換器(POL)為例說明數字電源控制功能的實現原理和方法。

負載點變換器(POL)通常用于將直流輸入電壓(一般為5V~12V)調節成適用于負載要求的直流輸出電壓(0.7V~3.3V)。例如，在典型的基于降壓(Buck)開關變換器的電路中，Buck變換器包含一個脈沖寬度調制(PWM)主控制芯片，一對主功率開關和一個由儲能電感和電容構成的低通濾波器。在脈沖寬度調制控制芯片中，一個電阻分壓器對電源的輸出電壓進行采樣，誤差放大器將該輸出電壓與直流參考電壓進行比較從而產生電壓誤差信號，誤差信號是一個強度與所需的輸出電壓校正成正比的模擬信號。通過具有某種控制規律的誤差補償器(Compensator)進行放大后，其輸出進入脈寬調制器(PWM)，經過與載波(通常為鋸齒波或三角波)比較之后產生脈沖波，從而控制功率開關(通常為MOSFET)的導通與關斷。由于MOSFET具有較大的輸入門電容，因此驅動器電路有必要有效率地導通和關斷它們。另有固定電阻電容網絡一般會作為補償回路，以確保動態響應和穩定性之間的正常平衡。

電源的兩個其它主要部分是輸入和輸出濾波器網絡。這些部分由感應器、電容和電阻構成，可以提供數種功能。輸入濾波器有助于保護電源不受電源電壓瞬態的影響，在動態負載變化過程中提供一些能量存儲，并附帶濾波器網絡以使電源滿足其輸入引起的發射規范。輸出濾波器穩定輸出電壓以確保電源滿足其紋波和噪聲規范，此外還存儲能量以幫助維護負載電路的動態電流要求。重要的是，對于模擬或數字控制結構而言，輸入和輸出濾波器以及電源器件將基本上保持相同。

在典型的數字電源控制系統結構中，輸出電壓感應排列類似于模擬系統。但是，模數轉換器(ADC)代替了模擬系統的誤差放大器，從而將感應到的模擬電壓值轉換成二進制數。除了輸出電壓之外，了解電源的輸出電流和溫度等其它模擬參數也非常有用。雖然獨立的ADC可以感應每個參數，但是采用單個ADC并在它前面加設一個多路復用路往往是更加常用的方法。多路復用器(MUX)則將在要測量的模擬輸入之間切換，并依次將每個輸入發送至ADC.

由于MUX和ADC的采樣速率是固定的，因此ADC對每個參數都輸出一系列數字，每個數字由己知的時間段分隔。這些值供給為系統提供處理能力的微控制器。卡上程序內存存儲著微控制器的控制算法，這些算法負責執行一系列有關ADC的輸出值的計算。這些計算的結果包括誤差信號、想要的驅動器級脈寬、各種驅動器輸出的最佳延遲值以及回路補償等參數。有了這些參數，數字脈寬調制器(DPWM)就可以通過驅動后控制外接的功率MOSFET，而電源管理部分也可以通過一定的接口及協議與外界通信了。模擬系統的外部回路補償元件此時變得不再是必需的。輸出電壓、輸出電流和溫度限制等參數的參考值在生產期間被保存在非易失性內存中，或者可以通過PMBus輸入。在系統啟動時，數據會由EEPROM下載到數據內存中，主芯片據此控制模塊的工作狀態。同時，可以通過一定的外部操作來重新讀入EEPROM中的默認設置。

組成結構

數字電源的關鍵數字器件有數字電源驅動器、數字電源PWM控制器和數字信號處理器等。

(一)驅動器

目前，數字控制電源驅動器芯片中比較典型的應用有美國德州儀器公司(TI)公司的UCD7100/7201芯片。二者的區別是：UCD7100為單端輸出，UCD7201為雙端輸出，額定輸出電流均為±4A，可驅動MOSFET開關功率管，均可適配UCD9110/9501型數字控制器。主控制器可監控其輸出電流，快速檢測過流故障并迅速關斷電源，檢測周期僅為25ns.

現以UCD7100為例，該芯片主要包括3.3V電壓調整器及基準電壓源、觸發器、施密特比較器、欠壓關斷電路、控制門、True Drive驅動器等部分組成。“True Drive”(真驅動)為TI公司的專有技術，它是由并聯雙極性晶體管和MOSFET管組成上拉/下拉電路構成的混合輸出級。其優點是驅動能力強，在低電壓時也能正常輸出，并能在極低輸出阻抗下控制外部功率MOSFET的過壓、欠壓保護，功率MOSFET不需要接起保護作用的肖特基鉗位二極管。UCD7100能在幾百FIS的時間內給MOSFET的柵極提供一個高峰值電流，快速開啟驅動器。UCD7100的高阻抗數字輸入端(IN)能接收3.3V邏輯電平、最高開關頻率達2MHz的信號。利用施密特比較器能將內部電路與外部噪音隔離。若控制器的PWM輸出停在高電平上并發生過電流故障，電流檢測電路就關斷驅動器的輸出，系統可進入重試模式。通過DSP或MCU內部的看門狗電路，能重新啟動片。UCD7100內部的3.3V/10mA電壓調整器可作為數字控制器的電源。

(二)控制器

美國德州儀器公司(TI)公司的UCD8220/8620是受DSP或MCU數字控制的雙端推挽式PWM控制器。二者區別是UCD8220可利用48V低壓啟動，UCD8620內部增加了110V高壓啟動電路。

該芯片主要包括3.3V電壓調整器及基準電壓源、脈寬調制器(PWM)、驅動邏輯、推挽式驅動器、欠壓關斷電路、限流電路、電流檢測電路。UCD8220/8620可運行在峰值電流模式或電壓模式，不僅能對極限電流進行編程，還輸出一個能受主控制器監控的極限電流數字標志。

(三)處理器

目前，專為數字電源系統配套的數字信號處理器有美國德州儀器公司(TI)公司的UCD9501、TMS320F2808和TMS320F2806等。它們內部主要包含100MHz的32位CPU、時鐘振蕩器、3個32位定時器、看門狗電路、內部/外部中斷控制器、SCI總線、SPI總線、CAN總線及I2C總線接口、12路PWM信號輸出、系統控制器、16通道12位ADC、16K×16Flash、6K×16SARAM、1K×16ROM.它采用標準的3.3V輸入/輸出接口，與UCD8K系列完全兼容，利用Power PADTM HTSSOP和QFN軟件包可進行編程。