如何實(shí)現(xiàn)綠色混合數(shù)字計(jì)算的電源管理

輸出電壓。這會(huì)輕易導(dǎo)致單點(diǎn)故障和對(duì)CPU的潛在損害。另外，它們使用的是估計(jì)方法來檢測(cè)輸入電流。這種方法速度慢且不能提供真正的災(zāi)難性故障保護(hù)（CFP）輸出來指示消除輸入源，以免發(fā)生發(fā)熱事件［9，10］。相反，Intersil的混合方案有兩個(gè)輸出偵測(cè)點(diǎn)（VSEN和FB）來避免單點(diǎn)故障，以及真正的輸入電流偵測(cè)來監(jiān)測(cè)CFP，這可以對(duì)CPU提供出色的保護(hù)。

　　（8）制造和庫存控制

　　全數(shù)字控制器需要非易失存儲(chǔ)器（NVM）來存儲(chǔ)配置信息，這些配置通常在出廠前已經(jīng)編程。如果該器件用于不同的平臺(tái)，其將需要不同的配置文件和庫存批次。計(jì)算機(jī)市場(chǎng)非?；钴S，需求會(huì)突然發(fā)生變化。一旦一種平臺(tái)失去了市場(chǎng)，該平臺(tái)的特定零件就不能復(fù)用于其他平臺(tái)。帶有不同配置的相同控制器可用于不同的平臺(tái)，但常常會(huì)給售后服務(wù)制造困難，例如故障分析。數(shù)字解決方案使庫存控制復(fù)雜化并增加了總成本。而混合數(shù)字控制器就沒有這些問題；單個(gè)零件可用于或復(fù)用于不同平臺(tái)，從而幫助簡(jiǎn)化制造控制和降低總成本?！　。?）外置元件和PCB真實(shí)狀態(tài)

　　數(shù)字電源解決方案使用集成度很高且昂貴的控制器，這些控制器常常使用很少的外置元件以及比模擬解決方案更少的PCB空間。但是，可用于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的核心和內(nèi)存應(yīng)用的數(shù)字控制器必須高速和經(jīng)濟(jì)，且常常并未集成所有功能。如表2（混合數(shù)字和全數(shù)字計(jì)算解決方案的外置元件比較）所示，數(shù)字解決方案消除了補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，而許多其他功能仍然需要外置元件。例如，市面上的數(shù)字解決方案額外需要兩個(gè)去偶電容（用于抑制噪聲）以及不多幾個(gè)L/DCR匹配元件。廠商A甚至需要4個(gè)NTC網(wǎng)絡(luò)，用于熱補(bǔ)償和監(jiān)測(cè)，并對(duì)完整的6+1解決方案需要更大的封裝。數(shù)字解決方案可能在控制器周圍需要更少的元件，但常常在功率系部分周圍需要更多的元件，包括驅(qū)動(dòng)器去耦、DCR偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)以及輸入和輸出濾波器，從而誤導(dǎo)用戶。

　　表2，計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的混合數(shù)字與全數(shù)字6+1解決方案的外置元件

　　三、Intersil綠色混合數(shù)字電源

　　（1）線性控制——EAPP

　　Intersil獨(dú)有的增強(qiáng)型主動(dòng)脈沖定位（EAPP）調(diào)制方案是一種線性雙邊控制拓?fù)浣Y(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(fù)載施加期間的開關(guān)頻率和降低負(fù)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(fù)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(fù)載瞬態(tài)頻率下非線性控制會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)分布的脈沖。這種新穎的EAPP控制方案顯著改進(jìn)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(shí)出現(xiàn)次諧波振蕩［7］，而數(shù)字控制也會(huì)出現(xiàn)周期極限振蕩［8］。可以向環(huán)路引入人為斜坡補(bǔ)償來最小化這些效應(yīng)，但其將會(huì)減慢環(huán)路速度和減弱瞬態(tài)響應(yīng)。Intersil的EAPP是一種雙邊電壓模式調(diào)制器，不會(huì)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。

　?。?）DC性能

　　模擬控制環(huán)路可使電壓和電流偵測(cè)放大器盡可能保持精確而無需任何不必要的校準(zhǔn)。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(gè)電路板的下降控制精度。

　?。?）AUTO 模式的高效率

　　Intersil的相應(yīng)AUTO模式有助于改進(jìn)低負(fù)載區(qū)的VR效率。如圖18所示，自動(dòng)相數(shù)控制（APN）使VR能夠在整個(gè)負(fù)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(píng)估板的APN。

　　（4）AUTO模式中的APA控制

　　CPU能夠在任何時(shí)刻毫無延遲地施加高di/dt負(fù)載，因此多相VR必須為重負(fù)載施加做好準(zhǔn)備。使用APN控制不能對(duì)VR對(duì)這些負(fù)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(gè)能夠快速添加相位的快速環(huán)路來支持負(fù)載階躍瞬態(tài)事件。

　　傳統(tǒng)的相數(shù)增加和減少控制將會(huì)監(jiān)測(cè)總輸出電流，這是通過輸出電感電流來偵測(cè)的。當(dāng)發(fā)生負(fù)載階躍時(shí)，電感電流會(huì)緩慢增加，所以相位是逐一緩慢增加的，從而導(dǎo)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(fù)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(yùn)行模式的相等瞬態(tài)響應(yīng)，APA控制幫助所有降低相位在大階躍瞬變時(shí)立即重新開始工作，從而導(dǎo)致非常小的電壓暫降，如圖20所示。輸出電壓響應(yīng)是快速的，因?yàn)樗邢辔欢急婚_啟來支持負(fù)載。

　　圖20，帶有APA控制的負(fù)載瞬態(tài)性能。

　?。?）最低能量浪費(fèi)

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

　　圖21，控制器的待機(jī)能量浪費(fèi)比較。

　　四、結(jié)束語

　　本文考察了全數(shù)字電源解決方案在計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的局限性和一些優(yōu)勢(shì)。同時(shí)對(duì)混合數(shù)字方案與全數(shù)字電源方案進(jìn)行了對(duì)比。混合數(shù)字方案提供了模擬控制環(huán)路來實(shí)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(shí)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(jì)、節(jié)能且易于使用，是一種環(huán)保型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并符合能源之星要求。