本文將會廣泛地討論有關數字技術應用于功率轉換及管理方面的技術性問題，以迎合市場趨勢及不同市場領域的需求。我們還會談到這種技術相對于模擬控制的應用和挑戰。

　　功率轉換屬于功率系統 (反饋環路) 的運作，而功率管理則涵蓋操作模式、起動/停機延遲的同步跟蹤和邊裕量以及針對并行操作和系統通信的鎖相 (交錯) 功能。

　　多年以來，“模擬”與“數字”的定義已變得有點模糊。為了避免混淆，本文中的“模擬”是指“連續可變的物理量”，而“數字”是指“離散變量”，全因為數字技術的特性，我們可以存儲數據、進行運算和有效地通信。

　　直到現在，功率轉換中電壓和電流的實際處理，一直都屬于模擬而非數字的領域，不過控制上則可以是模擬或數字。由于有關控制并非完全數字化，所以需要在反饋環路中設置模數換轉器。那么數字技術能帶來什么好處?

　　技術

　　數字技術在我們的日常生活中俯拾皆是。但只有在大約4年前開始，這種技術才被全面應用于功率轉換及管理的范疇。

　　特點

　　數字技術最突出的優點在于存儲器方面的應用，當中包括3個基本級別的訪問：特別為包含了控制器內部校準數據及查表的寄存器而設的廠級訪問 (不讓用戶自行訪問);用來選擇管理拓樸和控制模式 (電壓、電流和混合式) 并提供不同故障保護功能設定的控制器配置 (用戶可以通過密碼來訪問);以及監察和控制 (通過PMBus協議來自由訪問)。完善的數據存儲能力容許設計師把有關設計優化，甚至在不同項目上反覆使用。

　　數字技術在存儲方面的強項衍生另一種優點 – 通信功能。通過I2C來實現的通信功能為控制器賦予校準和編程的能力，也可實時發揮不同功能，包括控制、監察、狀態監控、遠程識別和診斷。其他特點包括在傳輸過程中作不同的強度調整，包括分辨率 (數字多少)、校準 (模數轉換、外置感應器)、輸出電壓/電流設定及保護限制 (電壓、電流、溫度)。

　　時間調整功能涵蓋頻率轉換、延遲和相位調整。控制/管理功能包括操作模式轉換 (起動/關機、脈沖串、脈沖跳行、脈沖頻率調制、脈沖寬度調制、相位數)、自檢驗和輸出電壓轉換 (邊限)。時間調整和控制的靈活性皆有助于減少電磁干擾，這種特性在模擬應用環境中完全是可夢而不可即。

　　數字術技優點的多寡，或許會因為需要根據不同市場領域作出微調而有所不同，但在實施過程中都需要若干邏輯元素。

　　邏輯的類型

　　我們替某種應用選擇合適的邏輯時，靈活性、速度/帶寬及成本限制都成為了決定性因素。當中包括數字硬連接邏輯 (狀態機器) PID控制及數字脈沖寬度調制 (PWM);數字硬連接邏輯PID控制及數字PWM + 非易失性存儲器;混合式 = 模擬PWM + 數字接口 (一般稱為“數字封裝”);單片機(mC);數字信號處理 (DSP) 和數字控制處理 (DCP)，并且包含最佳DSP和mC的合并。

　大多數的數字集成電路都包含了功率轉換控制及功率管理功能。當中的功率轉換控制 (反饋環路) 可以工作于連續實時模擬及接近于實時(需要一些響應時間)的數字狀態。其他功能會根據事件來觸發、編排程序和休眠 (存儲器)。硬連接邏輯可用于大批量的低功率應用 (200W)，它們一般工作于較高的頻率 (200kHz~2MHz) 和接近模擬控制速度成本也相對比較低。這樣能夠體現最堅固的結構，也不需要客戶作出很大程度的編程，甚至可以完全省卻 (接腳編程，或通過I2C 實現圖像用戶接口);而且又可以加快產品面市的速度。加入NVM能夠在集成電路設計中體現更高的靈活性，但會增加檢驗和確認工作。

　　假如以一個模擬控制器，配合一個能夠支持I2C通信、并有時用來支持VID控制的數字接口，就可以形成混合式邏輯了。它會與硬連接結構共用相同的空間，但靈活性會比較低一點，成本也會高一些。兩者都主要用于直流-直流的領域。mC、DSP和DCP皆利用編碼(匯編語言或C)來實現更高的靈活性和速度，但成本會更高，也需要更長的時間才能夠推出市場。不過，靈活性的增加使電路結構也會變得更加復雜，所以檢驗和確認程序的成本也會更高。

　　硅工藝

　　實施這些邏輯類型時所作出的技術選擇，一般都受到成本帶動;而隨著更低的亞微米技術 (0.15/0.18mm) 變得更經濟實惠，數字技術無疑更為占優，也因而加快了模擬到數字技術的轉型。到了某一個階段，“以更低成本體現更多功能”將為成為新的價值觀，取代“以相同成本體現更多功能”。在0.25mm的范圍內，模擬與數字結構的芯片成本早已相同，但隨著0.18mm范圍下的芯片成本下降，研發成本增加了一倍以上。(見圖1，來源ISSCC 2007 / SESSION 1 / PLENARY / 1.1)

　　在TSMC，0.15/0.18m m產品的生產量遠遠高于0.25mm產品(圖1，來源ISSCC 2007/SESSION 1/PLENARY/1.1)。預期規模經濟將會進一步促進有關的轉換過程。

　分割與封裝

　　“分割”是指把一個或多個集成電路中的功率轉換部分的功能組合起來。有關選擇應該基于控制環路的分層結構 (保護、電流、電壓、熱能)、功率水平，以及在效率和空間之間作出權衡。在討論直流-直流技術的時候，我們會碰到一些像“分立解決方案”、“集成控制器及驅動器”、“集成功率級”等詞匯，而IR的iPOWIR功能模塊就是好例子。

　　分立解決方案是指擁有1至6相的分立控制器集成電路，當中的驅動器及場效應管都是分開的(見圖3)。這項解決方案可以開放給替代供貨來源，體現最大的靈活性及性能表現，成本更低，但占最多的電路板空間。模塊制造商可以提供較為節省空間的分立解決方案模塊，但需要犧牲其他來源的優點。不過，引腳對引腳的兼容性還可以保留。