节能环保已成为今日电源解决计划的开展主旋律。电源体系正面对史无前例的应战：环境的恶化迫使人们不得不考虑选用愈加清洁的替代动力;电子设备的开展也亟需进步现有电源体系的转化功率。经过进步电源体系转化功率，优化不同负载条件下的功耗以及选用新式绿色动力，可完结节能环保的方针。
空间受限的运用以及散热的应战
在高功用、大功率电源规划不断需求更多功率的一同，它们在可用电路板空间上变得越来越受到约束。此外，不论电源规划人员是否经验丰富，功率密度都给他们带来了极大的新应战。一般状况下，这些规划需求具有高于90%的转化功率，以约束电源的功耗和温升。因而，热功用规划特别重要，由于用于散出、由DC/DC电源转化损耗和有限的空气活动发生的热量的空间十分小。除此之外，这些电源有必要有杰出的输出纹波和瞬态呼应，一同还有必要约束所需的外部电容以缩小电源规划的全体尺度。
以服务器为例，在此类特别的高功率体系中，满意的散热空间和冷却是十分必要的。就任何POL转化器而言，紧凑、高效并具有低静态电流以满意这些新绿色规范的要求极为重要。此外，许多微处理器和数字信号处理器都需求内核电源和输入/输出电源，它们在启动时有必要进行排序。规划工程师有必要考虑在加电和断电操作时对内核和I/O电压源的上电电压进行排序，以契合制作商的功用规范要求。假如没有恰当的电源排序，就可能发生闭锁或许过大的电流，导致微处理器I/O端口或许存储器、FPGA、PLD或许数据转化器等器材的I/O端口损坏。
让体系规划师干扰的一个常见问题是应选用单级转化仍是两级或许更多级转化，比方说从48V到1.xV，是一次转化，仍是从48V到12V中心总线架构，然后再运用负载点(POL)转化器从12V转化到1.xV。详细选用何种架构取决于许多要素，包含依据体系类型、选用的规划办法以及其他要从来决议。但是不论选用哪种架构，电压不断下降的一同对电流有更高需求的运用，继续推进着许多这类大功率体系的开发，并推进着关于电源IC技能的不断改进。全体来说，在对电源转化功率发生最小影响的前提下答应选用更高的开关频率，还能够依托下降开关损耗和导通损耗来进步电源功率功用。分立式电源规划是将传统的电源模块和分立元件一同放置在一块印刷电路板上，由于外形尺度的影响而导致电气功用和热功用均受到约束。因而，关键是供给一个彻底集成并进步电气和散热功用的电源解决计划，一同又能给工程师供给一个易于运用和灵敏编程的紧凑型计划。
Altera旗下Enpirion品牌的PowerSoC选用共同的MEMS电感集成技能和EDMOS开关管集成技能，在完结高功率密度和更高功率功用的方针上大大前进了一步。其能够满意高功用、大功率空间受限电源规划面对的巨大应战。
其实，大功率POL稳压器是空间受限电源规划的一个很好的比如。这种类型的电源在大型体系板上一般放在十分接近微处理器、FPGA或许ASIC的当地，为这些器材供给悉数所必需的功率。大型数字器材常常需求规模为几安培至100安培以上的电流。大型体系板常常需求几个这样的POL电源，因而为这些电源规划中的每一个分配空间带来了应战。除此之外，体系板的反面常常是高度受限的，一般不合适电源规划。分立电源转化器一般会运用体系板的双面完结紧凑型规划，而传统电源模块规划由于其高度太高，将仅限于体系板正面。Altera新推出的一系列电源集成计划都完结更低的计划尺度和器材高度，十分合适空间受限的大型功率运用，例如可供给接连输出电流30A的数字电源计划EM1130。该产品集成电感、开关MOSFET、操控器和补偿回路，全体器材尺度只要11mm×17mm，高度仅有5mm，整个计划全体的占位面积小于360mm2，并有进一步缩小计划尺度的潜能。
图1 全集成的30A数字电源EM1130以及计划占位图
别的一个有目共睹的用于POL DC/DC转化的IC是EC7401.该器材是一个4相同步降压型开关操控器，具有盯梢功用，用于驱动外部互补功率MOSFET。其具有MOSFET VDS检测的稳定功率，电流形式架构消除了对电流检测电阻的需求，下降了本钱并进步了作业功率。让多个Powertrain ET4040以异相作业，最大极限地下降了由输入电容器ESR引起的功率损耗和噪声。EC7401+ET4040计划还极大地下降了输入和输出电源上的峰值辐射和传导噪声。这使契合世界EMI规范愈加简单，100%占空比才能供给了低压差作业功用。
由于在一个给定机箱内的空间和冷却受限，以及需求正确的电源盯梢以改进体系可靠性等多种约束要素，用于大功率的POL DC/DC转化器的规划工程师面对许多应战。尽管商场上产品规划周期在日益缩短，由于Altera的PowerSoC系列产品易于运用，所以能够缩短产品从开发至上市的时刻，并最大程度地下降了规划难度。
需求满意更苛刻的电气功用
电气体系节能在全球的气势正在增强，就发生和耗费而言，本钱节约太具有吸引力了。迎候这一应战的是电源办理IC供货商，他们正在选用新的规划办法，以在其产品中对数十安培负载电流完结高功率转化。一同，他们还在IC置于备用或许停机形式的一同完结更低的静态电流。
规划工程师需求应对的应战是，满意一切体系内核中不断添加的高功用DSP和ASIC电气功用要求。主要功用问题包含电压稳压、电流瞬态呼应和噪声。
稳压和电流瞬态呼应密切相关。为了在解决计划尺度越来越小且功耗越来越低的状况下取得更高的功用，要运用所需电压也不断下降的更小晶体管工艺来制作数字半导体。现在低于1V的内核电压要求将成为规范的电压要求。除了低压以外，对电压容差的要求也越来越高。现在常用的规范是：线路(输入电压改变)、负载(负载电流细小改变)、时刻、温度和电流瞬变等形成的总电压容差不超越3%。这样，电源规划人员就只要30mV的电压空间来满意一切的数字体系要求。线路、负载、时刻和温度等DC参数还要占用大约一半(15mV)的容差预算。剩下的15mV则用于处理核算或数据传输负载带来的突发电流改变(1个至3个时钟周期)。
假如内核电压超越规则容差极限，那么数字%&&&&&%可能会开端复位，不然就会发生逻辑过错。为了避免这一状况的发生，规划人员需求特别注意所运用的POL模块的瞬态功用。数字负载(例如最新的Altera Arria10)要求极为快速的瞬态呼应和极低的电压违背。为了到达这些方针，许多附加的输出电容器一般会被添加到DC/DC转化器中，以供给直到其反应环路能够呼应的坚持时刻。然后构成完好的电源解决计划。
多年来，电容技能不断开展，容积功率不断进步，即使运用更高的容积功率，整个电源解决计划也会超越单个电源模块体积的两倍。这就要求占用PCB较大的空间。但是，在今日更为小型化的体系中一般不能供给这样大的空间。别的，在计入电容器本钱的状况下，电源资料的全体本钱也会超出电源模块本钱许多。
跟着DC/DC电源模块技能的不断创新，体系规划人员现在能够在运用更少输出电容的一同，取得更快的瞬态呼应、更小的电压违背。Altera推出的更新版别Cyclone V SoC的电源参阅规划，就是一个典型的比如。这些高度集成的电源解决计划能够使得输出电容的数量削减一半(10个减为5个)，极大程度地协助用户简化了电源规划难度和本钱。影响POL转化器功用的另一个决议性要素是噪声。开关式POL运行在不同频率上并同享一个共有输入总线时，由此发生的不同频率及其差异会形成拍频问题，对EMI滤波形成困难。Enpirion的EM1130模块具有Sync同步特性，该特性使得规划人员能够将多个EM1130模块的开关频率与特定频率同步，然后消除拍频，并使得EMI滤波愈加轻松，而一同又不会添加任何的体系额定本钱。
图2 下降输出%&&&&&%的数量简化电源规划尺度和本钱
数字电源的开展趋势
10多年前，当数字电源产品第一次出现时，大多数的电源规划工程师都对运用DSP的数字电源操控器替代模仿的PWM操控器的概念持怀疑态度，由于人们简单将数字电源和软件毛病或许是由于体系死机引起的电源爆破事端联络在一同。在包含了数字通信和操控杂乱的功率体系所必需的悉数功用性产品问世之前，这些基本概念是经过高本钱的DSP或许功用有限的FPGA得到验证的。尽管数字电源技能已被证明具有进步功率体系功用的才能，但业界还不能承受运用数字技能处理本来一向经过模仿方法完结的作业。在曩昔的几年间，数字电源技能取得了巨大进步，商场分析人士以及投资者对其未来增加潜力十分达观。
首要，咱们要了解一下当时数字电源商场有哪些不同的解决计划，先了解清楚数字电源终究意味着什么是很重要的。功率体系监督、监测、毛病检测和数据记载是“数字电源办理”的一个重要方面，其能够经过价廉的微操控器、FPGA或许PLD完结，而时基要求比较低。不过，数字电源更具有应战性的比如是“数字操控电源”
