多電壓軌系統(tǒng)需要具備控制和監(jiān)察功能的轉(zhuǎn)換器

　　一種控制高軌數(shù)系統(tǒng)的流行方法是通過數(shù)字通信總線。這種方法常常稱為“數(shù)字電源”或“數(shù)字電源系統(tǒng)管理(DPSM)”，能夠使設(shè)計(jì)師控制、監(jiān)視和監(jiān)察幾十個(gè)電壓軌。既然能夠以數(shù)字方式改變電源參數(shù)，那么就不必像以前那樣，需要更改物理硬件、電路和/或系統(tǒng)用料了，因此可縮短產(chǎn)品上市及宕機(jī)時(shí)間。

　　新出現(xiàn)的DPSM產(chǎn)品往往支持通過PMBus等兩線接口進(jìn)行配置和監(jiān)視，這是一種基于開放標(biāo)準(zhǔn)I2C的數(shù)字接口協(xié)議。這就為DPSM產(chǎn)品與現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)和架構(gòu)、電路板安裝控制器(Board Mount Controllers)以及智能平臺管理接口(Intelligent Platform Management Interfact)功能無縫集成提供了益處。為了實(shí)現(xiàn)簡單性和易用性，尤其是在硬件開發(fā)及測試初期，常常通過在PC上運(yùn)行的圖形用戶界面(GUI)以及USB至PMBus通信轉(zhuǎn)換器工具(常稱為接口轉(zhuǎn)換板)連接DPSM系統(tǒng)。

　　在如今的新式電子系統(tǒng)中，最后剩下的“盲點(diǎn)”之一是電源的情況，因?yàn)槿藗兺ǔ]有辦法直接配置或遠(yuǎn)程監(jiān)視關(guān)鍵工作參數(shù)。若要實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行，關(guān)鍵是要能夠檢測穩(wěn)壓器輸出電壓隨時(shí)間的漂移或過熱情況，并在潛在故障事件發(fā)生之前采取行動。憑借DPSM，系統(tǒng)可以監(jiān)視電壓穩(wěn)壓器的性能，并報(bào)告其健康情況，以便在穩(wěn)壓器超出性能規(guī)格甚至發(fā)生故障之前能夠采取糾正措施。DPSM使用戶能夠根據(jù)從負(fù)載和系統(tǒng)收集的信息采取行動，并具備以下優(yōu)勢：

　　產(chǎn)品更快上市

　　。無需更改PCB，就可改變電源參數(shù)

　　?？焖龠M(jìn)行系統(tǒng)描述、優(yōu)化和數(shù)據(jù)挖掘

　　負(fù)載級優(yōu)勢

　　。隨時(shí)間和溫度變化控制電源準(zhǔn)確度

　　。通過裕度調(diào)節(jié)測試FPGA容限

　　。通過減載提高系統(tǒng)效率

　　系統(tǒng)級優(yōu)勢：

　　。以數(shù)字方式訪問電路板級電源診斷數(shù)據(jù)

　　。監(jiān)視和精確指出系統(tǒng)內(nèi)各處的功耗

　　。故障管理/故障記錄。

　　數(shù)據(jù)中心優(yōu)勢

　　。發(fā)現(xiàn)功耗趨勢、檢測隨時(shí)間的波動和變化

　　。進(jìn)行預(yù)測性分析以最大限度降低運(yùn)行成本

　　。做出能源管理決策

　　PMBus命令語言是為滿足大型多軌系統(tǒng)的需求而開發(fā)的。除了一套嚴(yán)密定義的標(biāo)準(zhǔn)命令，符合PMBus要求的系統(tǒng)還能夠采用它們自己的專有命令，以提供創(chuàng)新的增值功能。大部分命令及數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，這對生產(chǎn)這類系統(tǒng)電路板的OEM而言是一大優(yōu)勢。該協(xié)議通過業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)SMBusTM串行接口實(shí)現(xiàn)，能夠編程、控制和實(shí)時(shí)監(jiān)視電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品。命令語言和數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化使OEM能夠非常容易地開發(fā)和重用固件，結(jié)果電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以讓產(chǎn)品更快上市。如需了解更多信息，請?jiān)L問：http://pmbus.org.憑借超過75種PMBus標(biāo)準(zhǔn)命令功能，用戶可以利用這一最流行的開放標(biāo)準(zhǔn)電源管理協(xié)議之一，全面控制其電源系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　尤其是在數(shù)據(jù)中心中，關(guān)鍵挑戰(zhàn)是降低總體功耗。通過重新安排未得到充分利用的服務(wù)器之使用，并根據(jù)所消耗的功率關(guān)閉其他一些服務(wù)器，就有可能解決這一難題。為了滿足這些需求，必須清楚設(shè)備的功耗。DPSM可以為用戶提供功耗數(shù)據(jù)，從而允許實(shí)時(shí)做出明智的能源管理決策。DPSM正在迅速得到采用，因?yàn)檫@種系統(tǒng)能夠提供有關(guān)電源系統(tǒng)的準(zhǔn)確信息，而且能夠自主控制和監(jiān)察很多電壓。凌力爾特公司有幾款具備這些功能的數(shù)字電源產(chǎn)品，而最近發(fā)布的LTC3882就是其中之一。

　　DPSM DC/DC控制器

　　LTC3882是一款雙輸出多相同步降壓型DC/DC控制器，具備串行數(shù)字接口。該器件采用先進(jìn)的調(diào)制電壓模式進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了卓越的瞬態(tài)響應(yīng)，并能夠使用DCR非常低(0.25 mΩ)的電感器工作，從而允許實(shí)現(xiàn)更高的效率和每輸出高達(dá)40A的電流。兼容傳動系統(tǒng)包括DrMOS、電源構(gòu)件或分立式FET驅(qū)動器以及N溝道MOSFET.其數(shù)字接口使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和遠(yuǎn)程操作員能夠控制和監(jiān)測系統(tǒng)電源情況及功耗。既然能夠以數(shù)字方式改變電源參數(shù)，那么就不必像以前那樣需要更改物理硬件、電路和/或系統(tǒng)用料了，從而可加快產(chǎn)品上市及縮短宕機(jī)時(shí)間。

　　LTC3882的兩線串行接口允許對輸出進(jìn)行裕度調(diào)節(jié)和微調(diào)，并依據(jù)基于時(shí)間或基于電壓的排序延遲時(shí)間，使輸出以可編程轉(zhuǎn)換率斜坡上升和下降。輸入和輸出電流及電壓、輸出功率、溫度、運(yùn)行時(shí)間以及峰值都是可讀取的。該器件由快速雙模擬控制環(huán)路、精確的混合信號電路以及EEPROM組成，采用6mm x 6mm QFN-40封裝。

　　為了評估LTC3882的性能，凌力爾特提供了LTpowerPlay? GUI (可免費(fèi)下載)、USB至PMBus轉(zhuǎn)換器以及演示電路板。憑借隨溫度變化僅為±0.5%的最大DC輸出誤差、±1%的電流回讀準(zhǔn)確度、集成的16位增量累加ADC和EEPROM，LTC3882整合了出色的模擬開關(guān)穩(wěn)壓器性能和精確的混合信號數(shù)據(jù)采集。該器件在3V至38V的輸入電源電壓范圍內(nèi)工作，提供0.5V至5.25V的輸出電壓。兩個(gè)通道可以準(zhǔn)確均流，以提供高達(dá)80A的電流。多達(dá)4個(gè)LTC3882可以并聯(lián)運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)2、3、4、6或8相工作。啟動時(shí)，輸出電壓、開關(guān)頻率和通道相位角的分配可由引腳搭接電阻器設(shè)定或從內(nèi)部EEPROM加載。以下是LTC3882的簡化原理圖，采用DrMOS作為傳動系統(tǒng)，從12V標(biāo)稱輸入提供1V/80A輸出。

　　圖1：兩相單輸出LTC3882應(yīng)用原理圖　　輸出電壓裕度

　　人們常常需要調(diào)節(jié)幾個(gè)電壓軌的裕度，使其達(dá)到特定電壓，并需要檢查裕度調(diào)節(jié)之后每個(gè)軌的電壓值。采用DPSM可以簡化并加速這個(gè)過程。圖2顯示，配置為兩個(gè)輸出的LTC3882輸出電壓是怎樣響應(yīng)一個(gè)7.5%低裕度PMBus命令。標(biāo)稱1V的輸出變?yōu)?.92V，標(biāo)稱1.8V的輸出變成1.66V.通過LTpowerPlay可以將這一功能擴(kuò)展至72個(gè)電壓軌，從而可非常容易地進(jìn)行裕度調(diào)節(jié)，并驗(yàn)證所設(shè)定的電壓值。

　　圖2：輸出電壓回讀，采用LTC3882的DPSM，對VOUT進(jìn)行低7.5%的裕度調(diào)節(jié)

　　用于真實(shí)應(yīng)用的數(shù)字電源系統(tǒng)管理

　　一個(gè)系統(tǒng)電路板有超過30個(gè)電源軌的情況是很常見。這類型的電路板通常組件排列密集，DPSM電路不能占用太大空間。此外，DPSM電路必須易于使用，必須控制大量的電壓軌。而且這種解決方案必須自主工作，或者與系統(tǒng)主處理器通信，以獲取命令、實(shí)現(xiàn)控制并報(bào)告遙測信息。

　　凌力爾特的LTM4676、LTC2977、LTC2974、LTC3882和LTC3883可以組合起來，在一節(jié)I2C總線上控制多達(dá)72個(gè)電壓。LTM4676和LTC3882產(chǎn)生并管理兩個(gè)大電流軌。LTC3883產(chǎn)生并管理一個(gè)大電流輸出。LTC2977管理多達(dá)8個(gè)電源軌，而LTC2974則管理4個(gè)電源軌。

　　圖3顯示，怎樣用各種不同的凌力爾特μModule (微型模塊)穩(wěn)壓器、管理器和DC/DC控制器控制一個(gè)多電壓軌系統(tǒng)。這些電壓軌通常對于排序、電壓準(zhǔn)確度、過流和過壓限制、裕度調(diào)節(jié)以及監(jiān)察都有嚴(yán)格要求。

　　圖3：通過I2C/PMBus控制19個(gè)電壓軌的方框圖

　　結(jié)論

　　DPSM為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了一種機(jī)制，以用簡單的PC連接或現(xiàn)有系統(tǒng)主處理器來控制電源。在開發(fā)和調(diào)試階段，這種功能非常有用，能夠使設(shè)計(jì)師快速搭建并運(yùn)行系統(tǒng)，而且無需更改物理硬件、電路和/或系統(tǒng)用料，就能夠控制和調(diào)節(jié)電源電壓、限制值以及排序。

　　裕度測試也更加容易進(jìn)行了，因?yàn)檎麄€(gè)測試都可以用幾條命令并通過I2C/PMBus加以控制。DPSM可以為用戶提供功耗數(shù)據(jù)，從而允許做出明智的能源管理決策，這有助于降低總體功耗。有關(guān)電源健康狀況的電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以發(fā)回給OEM，從而有效地掀開了獲取DC/DC轉(zhuǎn)換器健康狀況數(shù)據(jù)時(shí)遇到的“盲點(diǎn)”。穩(wěn)壓器輸出電壓隨時(shí)間的漂移也可以檢測，并能夠在潛在故障事件發(fā)生之前采取行動。如果一塊電路板被返回，就可以回讀故障記錄，以確定發(fā)生了什么故障、發(fā)生故障時(shí)的電路板溫度以及發(fā)生故障的時(shí)間。這些數(shù)據(jù)可用來快速確定根本原因，或者系統(tǒng)工作時(shí)是否超出了所規(guī)定的限度，還可用來改善未來的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。對于高軌數(shù)系統(tǒng)和想要控制其電源系統(tǒng)的OEM而言，數(shù)字電源系統(tǒng)管理是一種強(qiáng)大的工具。