物聯(lián)網時代，功能越來越強大的服務器、通信設備等產品推動了半導體工藝技術不斷升級，體積小、性能強大的芯片要求電源管理IC能提供更智能的控制環(huán)路、更快速的動態(tài)響應、更高的電壓反饋精度以及更簡化的外圍電路布局設計。面對這些要求，擁有集成度高、快速響應、設計靈活、可控性強等優(yōu)勢的數(shù)字電源技術備受青睞。

如何定義數(shù)字電源？

數(shù)字電源，以數(shù)字信號處理器（DSP）或微控制器（MCU）為核心，將數(shù)字電源驅動器、PWM控制器等作為控制對象，能實現(xiàn)控制、管理和監(jiān)測功能的電源產品。它是通過設定開關電源的內部參數(shù)來改變其外特性，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(tǒng)的不同組件，最大限度地降低損耗。數(shù)字電源的管理（如電源排序）必須全部采用數(shù)字技術。

通過軟件編程實現(xiàn)的用于電源控制算法的復雜度遠遠高于模擬電路所能實現(xiàn)的硬控制算法，后者僅局限于PID控制。DSP/MCU的應用使得開關電源能夠用上各種現(xiàn)代控制算法，比如自適應控制、預測控制等。這些先進的控制算法大大的擴展了數(shù)字電源的性能，豐富了其應用場景。

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除了通過軟件編程可以帶來多功能以及控制算法上的優(yōu)勢外，數(shù)字電源所采用的DSP/MCU往往還帶有豐富的通信外設。各種接口的使用讓數(shù)字電源具備了通信能力，這大大擴展了數(shù)字電源的應用場景和功能，比如遠程控制、在線監(jiān)測、在線升級軟件、多電源組網、集群管理、故障報警等等。這是純模擬電源完全不具備的。DSP/MCU在數(shù)字電源的應用還催生了數(shù)字電源專用的通訊協(xié)議——PMBus（Power Management Bus，電源管理總線），這是一種開放標準的數(shù)字電源管理協(xié)議。通過定義傳輸和物理接口以及命令語言，即可促進與電源轉換器或其他設備的通信。支持PMBus的芯片已經出現(xiàn)在了很多大牌半導體廠商的產品庫中。

數(shù)字電源有何所長？

數(shù)字電源相對于模擬電源的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

便于高度集成化。由于數(shù)字電路采用二進制，所以電路基本單元簡單，而且對元件要求也不嚴格，允許電路參數(shù)有較大的離散性，有利于將眾多的基本單元集成在同一硅片上進行批量生產。?

工作準確可靠，抗干擾能力強。數(shù)字電源用1和0來表示信號，數(shù)字電路辨別信號有無簡單，大大提高了電路的工作可靠性。同時數(shù)字信號不易受到噪聲干擾，抗干擾能力極強。?

數(shù)字信息便于長期保存。借助某種媒體(磁盤、光盤等)可將數(shù)字信息長期保存下來。?

數(shù)字集成電路產品多、通用性強且成本低。?

保密性好。數(shù)字信息容易進行加密處理，不易被竊取。?

不僅能完成數(shù)值運算，還可以進行邏輯運算和判斷。這在控制系統(tǒng)中是不可缺少的。

從應用角度分析：

• 數(shù)字電源適合于控制參數(shù)較多、實時響應速度快、復雜的高性能電源系統(tǒng)，例如設計從AC線路到負載的高端電源系統(tǒng)?？蓮V泛用于移動通信設備、計算機服務器、數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)及不間斷電源（UPS）等。負載波動大，要求多路不同的供電電壓，甚至對供電的時序也有特殊要求，比如通信用電源、數(shù)據(jù)中心供配電、復雜電路系統(tǒng)（FPGA/CPU）等，這些用戶就需要數(shù)字電源。究其原因，就是復雜的功能可以由靈活的軟件編程來實現(xiàn)，高難度的控制需求可以有先進的算法來滿足。

• 模擬電源適應于簡單易用、控制參數(shù)少、成本低的應用場合。負載波動不大，電壓等級需求單一的系統(tǒng)適合采用模擬電源。這種條件下，由于模擬電源沒有軟件計算的延遲，其響應性能反而優(yōu)于數(shù)字電源。

STM32助你輕松解碼數(shù)字電源設計

5G、物聯(lián)網、AI等新興技術的加速落地，推動數(shù)字電源從消費電子、網絡通信延伸至汽車電子、新能源、智能硬件等廣泛領域。

從模擬電源轉到數(shù)字電源，開發(fā)人員會面臨諸多挑戰(zhàn)，如響應速度或帶寬、DSP或MCU的處理速度、ADC采樣延時、復雜拓撲支持、自適應環(huán)路/斜坡/均流/溫度補償及復雜算法等，分分鐘為設計帶來不同挑戰(zhàn)。此外，模塊化、集成化、系統(tǒng)化的發(fā)展趨勢也為數(shù)字電源設計帶來更多挑戰(zhàn)。

從硬件、軟件工具和嵌入式軟件到培訓資源和文檔，STM32數(shù)字電源一站式資源庫（也稱為D-Power）提供一整套材料，以支持并加快數(shù)字電源應用的開發(fā)，如D-SMPS、照明、焊接、太陽能系統(tǒng)和無線充電器的逆變器。

STM32 D-Power 產品線

STM32 D-Power產品組合包括STM32產品系列的幾個產品線，并涵蓋了入門級到高性能產品，從而能夠在性能方面實現(xiàn)最大可擴展性與靈活性。

STM32D-Power產品組合包括帶有嵌入式高分辨率定時器（HRTimer）的STM32F3、STM32G4和STM32H7 MCU，該計時器為一種功能強大且靈活的脈沖寬度調制（PWM）發(fā)生器，可提供高達184ps的分辨率。STM32F3、STM32G4和STM32H7 MCU包含模擬組件的產品編號為STM32F334、STM32G474和STM32H743等。

嵌入式HRTimer主要特點包括：

1.?高分辨率：184ps（STM32G474）或217ps（STM32F334）

• 多達12個通道的定時器單元組成，支持交叉互補或獨立工作模式

• 無論電壓、溫度或制造偏差如何，始終可以在所有通道上實現(xiàn)高分辨率

2.?波形生成與事件管理

• 軟件介入最少的高級PWM波形生成

  - 智能功能，如硬件突發(fā)模式控制器，自動延遲模式，外部事件窗口，平衡空閑模式(帶延遲與自動恢復功能)，斜坡補償，谷值跳躍，多種保護方案。- 每個定時器都有一路DMA通道-?修改一個參數(shù)可更改多個事件（定時器級聯(lián)）

• 復雜事件管理：10路外部事件輸入，最多6路故障輸入

• 眾多互連

STM32 D-Power 進階指南

STM32 D-Power?框架，是為滿足數(shù)字電源領域的初學者到專家級開發(fā)人員的需求。

1、【面向初學者的數(shù)字電源】

初學者需要了解數(shù)字電源的基礎知識，例如因數(shù)校正應用的數(shù)字電源知識，同時了解如何設計數(shù)字電源單元。

2、【數(shù)字電源探索套件】

兩個基于STM32G474和STM32F334 MCU的開發(fā)套件可用于使用STM32探索數(shù)字電源。
STM32G474探索套件和資源：B-G474E-DPOW1探索套件是一種數(shù)字電源解決方案，是基于STM32G474RET6微控制器的完整演示與開發(fā)平臺，具有HRTimer的性能。

應用筆記：

- AN5345：使用B-G474E-DPOW1探索套件實現(xiàn)高亮度RGB LED控制

- AN4539：HRTimer V2說明書

- AN5496：處于電壓模式下的降壓轉換器

- AN5497：處于電流模式下的降壓轉換器

STM32F334探索套件和資源：借助STM32F3348DISCOVERY套件，探索STM32F334系列MCU的功能，并構建用戶的數(shù)字電源應用。

應用筆記：

- AN4449：使用STM32F334探索套件的降壓-升壓轉換器

-?AN4885：使用STM32F334條件的高亮度LED調光

- AN4539：HRtimer V1說明書

3、【培訓課程，STM32G4高性能外設介紹及數(shù)字電源應用實戰(zhàn)】

培訓內容包括：

1）STM32G4 產品整體特性；

2）HRTIMER 高精度定時器；

3）STM32G4 ADC/DAC/OPAMP/CMP 模擬外設；

4）Cordic & FMAC 數(shù)學加速器。

實驗部分：

1）模擬外設實驗；

2）高精度定時器 HRTIMER實驗；

3）Cordic+FMAC Demo

點擊鏈接，下載課件：

https://www.stmcu.com.cn/Designresource/load_design_resource/cat_code/localization_resource/pro_cat/STM32?filter_pro_cat=STM32G4&filter_pro_token=9c01c3c1f5552b0ac4ceba6c78022e52&filter_design_cat=training&filter_design_token=2708b5a9eae9d4bdd007f45b429fca95

4、【DEMO板】

ST提供了一站式開發(fā)板、參考設計與軟件解決方案，可幫助用戶開發(fā)多種拓撲的PSU和PFC應用。嵌入式軟件示例實現(xiàn)了“標準PID模型”在STM32上的高性能運行，以及STM32上多種數(shù)模外設的配置與協(xié)同工作。

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