綠色混合數(shù)字計算電源管理

三、Intersil綠色混合數(shù)字電源

（1）線性控制——EAPP

Intersil獨有的增強型主動脈沖定位（EAPP）調(diào)制方案是一種線性雙邊控制拓撲結(jié)構(gòu)。在穩(wěn)態(tài)工作期間它是固定頻率控制，但在瞬態(tài)事件期間則是變頻控制。它可以增加負載施加期間的開關(guān)頻率和降低負載釋放期間的頻率。在直流和交流工作條件下，它還在所有相位之間保持均勻的脈沖分布。如圖10和圖13所示，相位轉(zhuǎn)換順序在負載瞬態(tài)頻率變化期間保持相同：1-2-3-4 ---- 1-2-3-4，中間沒有任何東西。如圖9所示，在特定負載瞬態(tài)頻率下非線性控制會產(chǎn)生隨機分布的脈沖。這種新穎的EAPP控制方案顯著改進了電流均衡和減小了高頻瞬態(tài)事件期間的差頻振蕩，如圖14和圖15所示。

電流模式控制常常在占空比高于50%時出現(xiàn)次諧波振蕩[7]，而數(shù)字控制也會出現(xiàn)周期極限振蕩[8]。可以向環(huán)路引入人為斜坡補償來最小化這些效應，但其將會減慢環(huán)路速度和減弱瞬態(tài)響應。Intersil的EAPP是一種雙邊電壓模式調(diào)制器，不會出現(xiàn)這些不穩(wěn)定問題，從而產(chǎn)生具有優(yōu)異模擬性能的更穩(wěn)健、可靠的系統(tǒng)。

圖14，線性控制350kHz瞬變的電流均衡。

圖15，線性控制50kHz瞬變的電流均衡。

（2）DC性能

模擬控制環(huán)路可使電壓和電流偵測放大器盡可能保持精確而無需任何不必要的校準。圖16顯示6相系統(tǒng)具有良好均衡的相電流，而圖17顯示不同電路板的非常緊的降低公差。

圖17，6個電路板的下降控制精度。

（3）AUTO 模式的高效率

Intersil的相應AUTO模式有助于改進低負載區(qū)的VR效率。如圖18所示，自動相數(shù)控制（APN）使VR能夠在整個負載上在最佳效率下工作[1]。

圖18，不同相數(shù)的效率和ISL6367/67H評估板的APN。

（4）AUTO模式中的APA控制

CPU能夠在任何時刻毫無延遲地施加高di/dt負載，因此多相VR必須為重負載施加做好準備。使用APN控制不能對VR對這些負載瞬態(tài)事件的性能產(chǎn)生不良影響。Intersil的混合數(shù)字方案利用一個能夠快速添加相位的快速環(huán)路來支持負載階躍瞬態(tài)事件。

傳統(tǒng)的相數(shù)增加和減少控制將會監(jiān)測總輸出電流，這是通過輸出電感電流來偵測的。當發(fā)生負載階躍時，電感電流會緩慢增加，所以相位是逐一緩慢增加的，從而導致大電壓暫降，如圖19所示。因此，工作相位可能試圖占用滿施加的負載電流，并可能潛在地超載，直至增加更多相位。為保持在正常全相運行模式的相等瞬態(tài)響應，APA控制幫助所有降低相位在大階躍瞬變時立即重新開始工作，從而導致非常小的電壓暫降，如圖20所示。輸出電壓響應是快速的，因為所有相位都被開啟來支持負載。

圖20，帶有APA控制的負載瞬態(tài)性能。

（5）最低能量浪費

對于具有一個穩(wěn)壓器和使用廠商A和廠商B數(shù)字控制器的兩個內(nèi)存穩(wěn)壓器的系統(tǒng)（如表1所示）來說 ，100萬個主板在五年間會產(chǎn)生大于 500億瓦時的待機功耗浪費（如圖21所示）。Intersil的筆記本和混合數(shù)字解決方案會產(chǎn)生的能量要低得多，且在未來有可能進一步減少。另外，Intersil的混合數(shù)字方案還有AUTO模式，可在輕負載條件期間更精確地節(jié)省更多電力。

圖21，控制器的待機能量浪費比較。

四、結(jié)束語

本文考察了全數(shù)字電源解決方案在計算機技術(shù)領域的局限性和一些優(yōu)勢。同時對混合數(shù)字方案與全數(shù)字電源方案進行了對比?；旌蠑?shù)字方案提供了模擬控制環(huán)路來實現(xiàn)世界一流的瞬態(tài)性能，以及數(shù)字電源管理功能來實現(xiàn)靈活的可編程性和易于使用的接口，該方案可靠、經(jīng)濟、節(jié)能且易于使用，是一種環(huán)保型拓撲結(jié)構(gòu)并符合能源之星要求。