提升电子设备节能效率 数码化电源设计突飞猛进

高效能的数码式电源设计，已经在众多电子产品上导入，藉由更精密的数码监控、调校设计，让电源使用更具效率。TI

云端运算(Cloud Computing)应用蓬勃发展，但云设备伴随着需要24-7 non-stop运行，电源设计若未能针对云应用进行最佳化设计，势必会因为无中断的云服务而徒增能源耗用成本，而目前较新颖的作法是搭配实时控制与软件配置控制数码电源，达到兼具无中断服务与节能效益...

环保与节能已经成为全球化的运动，针对需24小时不中断的云端设备来说，如何从电源供应、电源变换处理过程中进行有效节能，其间可透过数码控制技术达到的节能效益，会比一般电子设备可省下更多能源消耗，长期分析其成本效益，也可减少维运成本耗费。

尤其节能趋势不断催化，类比式电源已渐渐式微，取而代之的则是数码式交换电源。数码式电源系统可以利用新颖的电子控制，达到更精确的实时控制效益，而透过软件搭配的资源配置功能，将可达到更有效的节约能源设计目的。

节能要求加温 数码式电源设计渐热门

在众多交换式电源设计方案中，数码电源应用已成为热门趋势，多数的开发方案在进行时，可能会选择延续现有的类比式设计，因为电源设计牵涉到EMI、认证与功率因素调校等繁复程序，多数设计方案会采取相对保守，能尽量以现有应用解决方案或套装方案，就会优先采用已经过认证考验的应用方案；除非客户要求，多数产品设计基本上不会定制化电源供应设计方案。

实际上目前可用的数码电源设计方案，已经比传统类比式可以提供更高的输出性能，两者的成本差距也持续拉近中，新一代的电源控制应用解决方案，已具备更优异的条件，可与需针对供电节能需求的设计产品，进行产品应用整合。

尤其Cloud Computing云端相关应用网络服务，可以说是目前当红的应用服务模式，网络内容或服务业者为了因应大量的用户涌入，为确保达到最佳化的服务容量，大多会先直接选择以扩充应用服务器数量、网络带宽扩充形式，快速扩充服务与提升维运品质，但应用服务器数量增加也会连带造成网络数据中心(IDC)的耗用能源激增，这对数据中心业者来说，多半会提出进驻设备节能要求进行管制，避免无限制设备扩充形成数据中心的耗能激增。

因应使用容量增加 设备扩充势不可免

面对扩充设备与节能要求两个互斥的问题下，网络服务业者必须思考云端应用网通设备本身的节能设计方案，必须在长时间待命、稳定服务的同时，云端应用相关服务设备也必须兼具高效节能的应用弹性，这也相对助长了数码电源的市场需求。

数码化的电源设计，通常分成带数码界面的电源设计、与正统纯数码控制电源两大类。一般来说，带数码沟通界面设计的数码式电源，基本上即为利用电源管理汇流排(PMBus)、I2C整合之模拟电源应用。

而带数码界面的电源设计中的「数码界面」功能定义，其实在不同产业的要求不一，复杂度有相当程度的差异，光从电源系统反馈的电源系统监测数据观察，就有包含设备温度、电压、电流等回传电源供应状态参数，而透过电源参数的取得，进行分析动态回馈调整类比调节器应用功能，功能虽然较受限制但也能达到一定程度的效益。

至于第二种数码式电源设计，即属于纯数码控制的控制电源设计方案，在纯数码的控制电源方案中，电源本身即为一个系统，透过此系统可以让用户或电脑平台进行与电源调变有关的工作项目，整合的重点包含更高程度的控制调变能力、更高的能源转换效率与更精密快速的电源监测与回馈功能，搭配整合型态的芯片解决方案进一步缩小电源系统的体积，同时实现以最小体积、最少元件数的前提达到电子设备的轻量化与体积缩小化要求。

数码电源设计方式多样

其实数码化的电源设计方案相当多样，因应不同的设备负载状态而有不同选择，一般可以分成利用数码信号处理器(DSP)、微控制器(MCU)、与采行现场可程序化逻辑阵列(FPGA)为控制核心进行数码化功能整合的电源设计方案。

而针对系统高能要求相对复杂的电源应用方案，多数会尝试利用DSP或MCU来进行数码电源设计，这种设计方案开发时由电源工程师进行智能核心的程序码编写，由于电源控制属于相对需较高的程序撰写品质，同时针对电源处理安全问题要求也相对较高，对于较高端的AC-DC电源设计通常必须透过DSP来进行整合。

而在MCU应用方面，由于MCU的功能设计也可以用于控制应用，即便MCU在使用与设计上相对较为灵活，可因应设计需求进行配置，但较少使用MCU来进行类比控制模块输出调控，在高性能之电源系统的使用状况也不常见。至于FPGA应用由于较着重在数码数据处理，若用于AC-DC转换需要搭配合适的A/D转换界面，使用上的灵活度有限。

AC-DC应用电源设计，会将控制器设置在线圈的高压侧(初级侧)，但有些设计方案会因应需求设置在低压侧(二级侧)，在AC-DC设计方案中需针对功率水准采较高复杂度控制设计方案，甚至AC-DC本来就有多种拓璞(全？半桥、正激？反激式)设计方式，在要求功率因数校正(PFC)功能前提下，即便开发与制造成本较高，仍会偏好采用较复杂的DSP设计方案，来实现电源系统设计所需之灵活性。

至于DC-DC电源设计中，电源工程师较关心的是电源的转换效率和实时监测数据，并对于运行中的电源系统故障参数控制设计方案进行整合，因此可以导入较简单的数码电源设计。

针对永不停机型态应用 数码电源可发挥节能效益

针对永不断线型态的应用设备，电源节能要求更加殷切，在数码化电源设计的未来趋势，将以利用可变驱动电压(Variable Gate Drive；VGD)、动态相位调整(Dynamic Phase Control；DPC)等技术进行深度电源控制应用开发，令电源系统可在因应轻负载与重负载应用模式下，均可有效提升电源的利用效率，达到最佳化的节能需求。

VGD可变驱动电压为使用电源系统内之MOSFET(金属氧化物半导体场效晶体管)之控制，针对设备的负载状态修正电源效率表现，尤其在驱动设备处于轻负载状态，在MOSFET元件的耗能也相当重要，搭配侦测负载变化状态、动态调校数码电源之驱动电压变化，可有效提升整体电源系统之应用效率。

在DPC动态相数调整方面，数码化电源系统为利用单一相位效率的最佳化设定，以相位数之递增或递减调校，透过数码化机制将负载变动状态对应相位动态调整，亦针对PID(Proportional-integral-differential)同步进行自动调整，确保数码电源系统因应不同负载状态的运作稳定性。

尤其是数码化电源搭配多种设计解决方案，可以较传统类比式电源系统，提供更多、更完善的控制应用功能，但实际上也代表着在开发数码化电源仍有许多问题需要解决。像是ADC(数码类比转换器)就必须针对电源应用进行优化，而数码类比转换器(DAC)应用模块、脉冲宽度调变控制(PWM)设计方案等，都需要先解决方案微缩设计、降低产品成本与加大处理输出额定功率等设计问题。

不同数码化电源的设计方案，最大差异在矽智财(IP)的差异，尤其是类比模块的控制演算法、输出能源转换效率提升设计方案、强化实时侦测回路的电源信息取得正确性等分析能力方面核心技术，成为数码化电源设计方案良莠的比较关键。

数码化电源设计与类比式电源比较，不只在系统的性能表现更好，完整的电源控制功能也较类比式设计方案更完善。目前在成本要求较高的应用产品上已大量导入模拟式数码电源设计方案，而在高端设备应用方面，已大量使用纯数码式的电源设计方案，且数码式电源设计方案已有朝向低端、消费型应用产品扩张的趋势，从以往仅限于大型通讯设备或网络服务主机，开始渐渐延伸到一般电子设备的供电系统应用。