Digital kraft, eller snarare digital power, är ett modeord som tenderar att sätta många känslor i svallning.

Kanske just för att analogt sätts mot digitalt. Eller kanske är det för att ingen egentligen kan vara säker på vad den andre menar när han eller hon talar om digital kraft. Förvirringen bottnar i att digital kraft för vissa handlar om att i huvudsak styra och övervaka ett kraftaggregat med digitala signaler, medan själva kärnan för andra är att kraftaggregatet dessutom ska återkopplas digitalt.

Sanningen är nog snarast att digital kraft på sikt kommer att spänna över både kommunikation och digital återkoppling. Fast som med all teknik under utveckling finns det många åsikter om vilken väg som bäst leder till morgondagens lösningar.

- Den vanligaste frågan bland konstruktör är varför de ska använda en digital lösning när analoga fungerar så bra, säger Steven Bakota som är ansvarig för digital kraft på Texas Instruments.

Det enkla svaret är att tillämpningar som inte behöver kommunicera med sin omgivning kommer att förbli analoga, åtminstone under en överskådlig tid. Digitala lösningar kommer däremot att ta över allt mer i komplexa system som hanterar många spänningsnivåer.

- Den absoluta huvuddelen av efterfrågan på digitala lösningar kommer idag från företag som utvecklar mycket stora system, som Internetservrar och Internetroutrar. I sådana system bränner man stora effekter och då kan den här typen av funktioner göra systemen mycket mer effektiva, säger Don Paulus, ansvarig för kraftprodukter på Linear Technology.

Tre nivåer av digital kraft

I Linears ögon definieras digital kraft i tre nivåer. Den enklaste är en DC/DC-lösning som kan programmeras att styra vissa enkla funktioner, som att slå på och av omvandlaren. Den typen av lösningar har funnits ett antal år redan.

I nästa nivå införs funktioner för att kontrollera och övervaka systemet. Informationen kan sedan användas för att kommunicera med omgivningen och styra funktioner som exempelvis utspänning och strömbegränsningar. Även här finns lösningar idag, om än ganska få. Den tredje nivån är när den analoga pulsbreddsmodulerade återkopplingen (PWM-loopen) byts ut mot ett processorbaserat system. I stort realiseras då den digitala återkopplingen med en AD-omvandlare följd av en processor.

- Idag tjänar man ingenting på att använda lösningar som har digital återkoppling. Bland våra kunder är det ännu bara ett fåtal som är verkligt intresserad av digital kraft. De flesta väntar och ser vad som händer framöver, säger Don Paulus.

Adaptiv styrning lockar

Det betyder inte att Linear avfärdar tekniken som ointressant. Istället ser företaget stora möjligheter i att i framtiden använda digital teknik för att göra saker i den diskreta tidsdomänen, som adaptiv styrning.

- Vi tittar på möjligheten att få systemet att reagera på lastförändringar. Anta att man vet att en stor lastförändring kommer. Då skulle loop-dynamiken kunna ändras i flykten, snabbt svara på transienter, för att sedan återgå till sitt utgångsläge, säger Don Paulus.

Lyssnar man istället på Texas Instruments så är digital kraft redan här. Den egna strategin inom området har Texas Instruments utvecklat i takt med att företaget sett hur kunder använt signalprocessorer i krafttillämpningar som UPS (avbrottsfri kraft) och likriktare. Och för TI är digital kraft likställt med att återkopplingen ska göras digitalt.

- Vi var tidigt ute med digital kraft och eftersom vi även utvecklar signalprocessorer började vi med att ta fram DSP-baserade lösningar. Vi har analyserat laster och hur man kan kompensera för lastförändringar och är övertygade om att det går att realisera sådana lösningar, säger Steven Bakota.

Få kretsar att välja på

Han håller dock med om att signalprocessorbaserade lösningar inte alltid är den bästa vägen att gå, utan att DSP:er främst kommer att användas i mycket komplexa system framöver. Istället har TI även släppt mikroprocessorbaserade kretsar, som UCD9111 och UCD9112.

Tittar man vidare på andra företag som släppt kretsar med digital återkoppling visar det sig att flera av dem endera har rötter i den digitala världen eller är relativt unga. Silicon Labs är ett exempel. Företaget har utvecklat en lösning kring en 8051-kärna som sköter all kommunikation. Fyra år gamla Zilker Labs är ett annat. Zilker har lanserat krets, ZL2005, som i det närmaste är en hårdvarurealiserad lösning. Det var för övrigt den kretsen som Ericsson Power Modules valde när företaget gjorde en intern studie kring digital kraft i fjol.

Hybrider kan vara ett alternativ

Analogföretaget Linear har också släppt en krets, LTC7510. Fast det är inte företagets egen konstruktion utan resultatet av ett samarbete med Primarion, som utvecklat kretsen och säljer den under namnet PX7510.

- Men vi kommer med egna produkter som har styr- och övervakningsfunktioner inom det närmaste året. Digital återkoppling är intressant men enbart om det ger ett bättre resultat än ett analogt alternativ. Och om vi gör en sådan lösning så handlar det inte om någon effektslukande DSP- eller mikroprocessorvariant, utan snarare en specialiserade tillståndsmaskin, säger Don Paulus.

Maxim resonerar på samma sätt. Det är inte den digitala återkopplingen som är det viktiga. Istället har företaget utvecklat, MAX 8688, en krets med analog återkoppling men som kan kommunicera med omgivningen via PMBus-protokollet (se faktaruta).

- Hybridlösningar kan vara tillräckligt bra i många tillämpningar. De tillåter att man kommunicerar med kretsen och ändrar dess funktioner. Många ser digitala hybrider eller kretsar med digitala gränssnitt som kostnadseffektiva lågrisktalternativ under en övergångstid, säger Laurence McGarry, marknadsansvarig för datorkraft på Analog Devices.

Hårdvara istället för DSP

Analog Devices har ingen krets med digital återkoppling på marknaden idag men företaget jobbar, likt National Semiconductor, i det tysta med att utveckla framtida alternativ. Båda menar att fullt digitaliserade lösningar blir attraktiva inom ett till två år, då flera kostnadseffektiva alternativ når ut på marknaden.

Trots att Analog Devices utvecklar signalprocessorer tror företaget inte att nästa kretsgeneration för att realisera digital kraft kommer att vara baserad på DSPer.

- Framtida lösningar kommer att implementeras i hårdvara och vara dedicerade för en viss tillämpning medan DSP-baserade lösningar är beroende av programvara och tenderar att fokusera på en bred flora av tillämpningar. Genom att kompromissa med flexibiliteten blir lösningen mer kostnadseffektiv, säger Laurence McGarry.

Digital kraft är alltså på väg. Budskapet är dock att fler kretsalternativ och standarder, åtminstone på modulnivå, behövs. Samtidigt kräver den nya tekniken att kraftdelen i ett system konstrueras in i ett betydligt tidigare skede än vad som görs idag. Om kraftaggregatet exempelvis ska kunna kommunicera med avancerade asicar och processorer i ett system, måste kraften konstrueras in parallellt med dessa kretsar.

Kraft blir kärnverksamhet

Det är också en av anledningarna till att Ericsson Power Modules knöts närmare moderföretaget när Ericsson organiserade om i höstas.

- Ja, kraftförsörjning har blivit en kärnverksamhet för Ericsson. Ska man dra nytta av digital power måste man implementera tekniken på systemnivå. Se på Samsung, de har också en power-grupp som används för intern konsultation i ett mycket tidigt skede i designfasen, säger Patrick Le Fevre, marknadschef på Ericson Power Modules.


Se även: