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)輸出偵測點(diǎn)（VSEN和FB）來避免單點(diǎn)故障，以及真正的輸入電流偵測來監(jiān)測CFP，這可以對(duì)CPU提供出色的保護(hù)。

　?。?）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，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，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

　?。?）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］?？梢韵颦h(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。

　　（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(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。

　　（3）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。

　?。?）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)測總輸出電流，這是通過輸出電感電流來偵測的。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。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?；旌蠑?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。