選擇數(shù)字電源集成電路（IC）的秘訣

數(shù)字負載點 (POL) 系統(tǒng)控制器

這些器件中具有代表性的是UCD92xx系列數(shù)字POL控制器。它們?yōu)镻OL設計人員提供極高程度的可配置性。借助于可輕松獲得的極高靈活性，系統(tǒng)設計人員能夠快速配置POL的輸出和相位，以滿足他們的特定設計需要。高級POL能夠控制多達4個輸出電源軌，和最多8個相位。電源子系統(tǒng)控制環(huán)路的數(shù)字控制可確保對輸入電壓和負載電流變化的快速響應。在需要時，UCD92xx系列可被配置為提供非線性響應。電源子系統(tǒng)中的低延遲可以對系統(tǒng)的總體性能產(chǎn)生正面影響，并且有可能通過免除對特定儲能電容器等額外單獨功率組件的需要來降低成本、減少組件數(shù)量。UCD92xx器件的數(shù)字電源管理功能可以在具有很多電源軌的復雜高電流多相位應用中集成更多的精密排序過程。設計人員可以為系統(tǒng)中的不同電源軌周密地指定并輕松部署最有效地加電和斷電序列。

開發(fā)工具

通過一款具有直觀Fusion Digital Power Designer的綜合電源工具系列、領先用戶界面和業(yè)內(nèi)電源工具的實際標準，TI的POL控制器能夠提供快速原型機設計和實驗。借助Fusion，設計人員能夠監(jiān)視電源性能，并在運行中重新配置參數(shù)，以快速找到最有效的實現(xiàn)方式。

應用

UCD92xx控制器特別適合于那些需要進行大量電源軌穩(wěn)壓和多相位調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。高速企業(yè)網(wǎng)絡互連系統(tǒng)、電信和無線基站開關，以及高數(shù)據(jù)吞吐量測試以及諸如自動測試設備 (ATE) 的測量系統(tǒng)等會有此類系統(tǒng)。通常情況下，這些類型的系統(tǒng)特有現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、特定用途集成電路 (ASIC) 或其它需要大量電源軌的復雜邏輯器件。

用例分析

某些復雜的企業(yè)網(wǎng)絡互連系統(tǒng)和高數(shù)據(jù)吞吐量電信開關最多可支持300個電源軌，每個電源軌均需要通過電源控制環(huán)路的非線性、低延遲響應來實現(xiàn)嚴密穩(wěn)壓。UCD92xx控制器監(jiān)視電源運行并對異常情況作出快速反應，以保持高系統(tǒng)性能。

具有數(shù)字接口的模擬電源穩(wěn)壓器

某些電源設計無需高度的可編程性或配置性，所以模擬電源管理器件可以滿足電力轉(zhuǎn)換的要求。然而，通常會有利用諸如系統(tǒng)電源管理等數(shù)字電源的某些功能的需求。集成PMBus接口可以滿足這一需求。這將有助于減少組件數(shù)量和降低物料清單 (BOM) 成本。對于此類工程師，具有數(shù)字接口的模擬電源穩(wěn)壓器提供了熟悉的解決方案并確保了快速的設計周期。具有數(shù)字接口的模擬電源穩(wěn)壓器可以作為數(shù)字電源設計的第一步。設計人員可以保留之前采用的模擬電源架構(gòu)，而同時又充分利用數(shù)字電源管理所具有的某些優(yōu)勢。TI的SWIFTTM TPS轉(zhuǎn)換器是業(yè)內(nèi)一款獨一無二的產(chǎn)品。支持高達30A的高轉(zhuǎn)換器功能，它們是唯一具有數(shù)字PMBus接口和集成模擬金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 的轉(zhuǎn)換器。通過將數(shù)字和模擬電路組合在一起，SWIFT器件能夠提供針對外部功率級的大量保護特性。這些產(chǎn)品的不同分類在提供額外可配置電源管理功能的同時，滿足了特定的電力轉(zhuǎn)換要求。例如，此類集成可實現(xiàn)過壓、欠壓和過流保護。此外，還集成了諸如溫度軟故障的電源管理功能，此功能在溫度超過特定限值時，相應地縮小電流值，而不是完全關閉功率級。片上資源使得設計人員能夠針對抗擾度和瞬態(tài)響應來對他們的拓撲進行微調(diào)。

SWIFT轉(zhuǎn)換器上所包含的PMBus接口使得系統(tǒng)能夠密切監(jiān)視關鍵輸出參數(shù)，其中包括電壓和電流，并對這些參數(shù)的變換作出快速響應。此外，可通過PMBus接口來連接可選外部溫度感測功能。

開發(fā)工具

TI的Fusion Digital Power Designer工具為SWIFT轉(zhuǎn)換器提供直觀的編程界面，而WEBENCH? 工具使得開發(fā)人員在一個工具內(nèi)仿真和修改他們的設計工具。EVM和開發(fā)板的主機與Fusion和WEBENCH工具協(xié)同工作，以加快原型機設計和實驗過程，從而極大地減少總體開發(fā)時間。

應用

SWIFT器件的高性能模擬電力轉(zhuǎn)換和數(shù)字電源管理功能非常適合于通信和網(wǎng)絡互連、個人和企業(yè)計算、工業(yè)自動化和過程控制、以及固態(tài)存儲系統(tǒng)等廣泛應用。

用例分析

由于它們的高集成度和高性能、低Rds(on)、NexFET技術(shù)、PowerStackTM單接地墊封裝、小封裝尺寸、高開關頻率、以及擴展溫度范圍內(nèi)的嚴密負載穩(wěn)壓，PMBus SWIFT DC/DC轉(zhuǎn)換器已經(jīng)被廣泛部署在有線和無線通信設備中，諸如基站基帶設備、遠程射頻裝置微基站、10Gb/40Gb以太網(wǎng)開關，以及功率密度和熱性能為優(yōu)先設計考慮因素的企業(yè)存儲系統(tǒng)。還包括一些全新應用，如高端可編程邏輯控制器和軟件定義無線電等工業(yè)和太空/國防應用。

數(shù)字電源排序器

數(shù)字電源排序器具有可編程性和高集成度，因此是適用復雜多軌系統(tǒng)的簡單、成本有效解決方案。在這些多軌系統(tǒng)中，大量電源軌的排序和監(jiān)視較難實現(xiàn)。而借助針對PMBus、I2C或SMBus的集成ADC和數(shù)字通信接口，數(shù)字電源排序器可以簡化硬件架構(gòu)，從而為經(jīng)優(yōu)化的電源排序器提供一個行業(yè)標準接口，PMBus。因此，減小了系統(tǒng)尺寸也降低了成本。

能夠監(jiān)視和排序最多24條電源軌的TI UCD9xxx數(shù)字排序器是業(yè)內(nèi)功能最強大的此類器件。它們包含大量的功率級保護特性，其中包括過壓、欠壓和過流保護。當內(nèi)部溫度傳感器感測到功率級的溫度過高時，UCD9xxx排序器能夠相應地降低電流值，而不是完全關閉轉(zhuǎn)換器。此外，備用的通道可被設定為控制系統(tǒng)外設，比如說通過PWM進行控制的風扇。

圖3. 高性能企業(yè)開關PMBus電源解決方案

開發(fā)工具

Fusion Digital Power Designer為開發(fā)人員提供一個直觀配置界面，通過這個界面，可以快速部署UCD9xxx器件的很多資源。此外，圖3中顯示的EVM和開發(fā)板類器件有助于設計人員在項目設計的最初階段加快原型機設計和實驗過程。

應用

數(shù)字排序器在需要多個電壓軌的應用中找到用武之地。常見應用包括電信和網(wǎng)絡互連設備、工業(yè)通信和工廠自動化系統(tǒng)、諸如ATE的測試與測量系統(tǒng)、服務器和其它存儲系統(tǒng)。

數(shù)字熱插拔控制器

數(shù)字資源已經(jīng)將智能電源管理功能提升到更高的水平。其中一個示例就是熱插拔控制器在高性能系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用。熱插拔控制器已經(jīng)成為在電源中移除和插入電路時，管理電源的主要模擬電路。與上文中描述的模擬POL器件相似的是，器件中已經(jīng)添加了數(shù)字接口，以準確監(jiān)視，并且實時報告電壓、電流、功率、電能和溫度等特定的系統(tǒng)級運行條件。這使得數(shù)字熱插拔控制器在保護系統(tǒng)不受硬件故障影響方面發(fā)揮應有的作用，這些硬件故障包括那些有可能會導致系統(tǒng)損壞的短路或其它情況。通過監(jiān)視并報告系統(tǒng)電源性能指標，熱插拔控制器支持電力的高效使用，以及智能電源管理系統(tǒng)配置。TI數(shù)字熱插拔控制器針對電流測量進行了微調(diào)，通常情況下可實現(xiàn)優(yōu)于2%的精確額定值。它們包括一個支持PMBus、I2C或其它接口的數(shù)字通信接口?；跓岵灏慰刂破魈峁┑碾娫幢O(jiān)視信息，主機系統(tǒng)中的集中式電源管理控制器能夠均衡電力負載，減小或增加處理元件的電力供應，以節(jié)省電能，更好地管理系統(tǒng)效率，并且預測有可能出現(xiàn)的故障，以實現(xiàn)更高的可靠性。

特定TI數(shù)字熱插拔控制器與Intel Node Manager兼容，產(chǎn)品編號后綴中的“i”表示具有此項功能的器件。因此，這些熱插拔控制器能夠?qū)⑺鼈兊碾娔鼙O(jiān)視信息提供給Intel Node Manager，這些信息可被用來優(yōu)化總體系統(tǒng)運行，以及多個刀片服務器上的能耗和機架級性能。

開發(fā)工具

在高功率、高性能系統(tǒng)要求與高功效之間的均衡是那些在設計中執(zhí)行數(shù)字熱插拔控制器的設計人員需要面對的一組復雜的設計難題。幸運的是，諸如熱插拔設計計算器 (Hot Swap Design Calculator) 的TI工具能夠自動計算并比較很多變量，不論是在創(chuàng)建全新設計，還是對性能糟糕的設計進行排錯時，都必須將這些變量考慮在內(nèi)。TI的電源接口 (PI) 指令器工具提供一個直觀的GUI界面。通過這一界面，設計人員能夠觀察TI數(shù)字熱插拔控制器所采集的能量監(jiān)視信息。此外，PI指令器能夠發(fā)現(xiàn)故障，并可以作為熱插拔控制器軟件的測試平臺。

應用

TI數(shù)字熱插拔控制器的主要應用通常為能效和功耗為主要考慮因素、以及那些需要熱插拔管理的應用。數(shù)據(jù)中心和企業(yè)服務器系統(tǒng);視頻通信系統(tǒng);和電信系統(tǒng)，其中包括無線基站、基帶設備、塔式遠程射頻裝置，以及其它數(shù)字熱插拔控制器被廣泛采用的領域。

用例分析

在高端數(shù)據(jù)中心或企業(yè)服務器系統(tǒng)中，數(shù)字熱插拔控制器是整個設施內(nèi)能源管理與運行控制間的主要連接器件。如果打算保持設施的能源收支平衡，海量服務器群集中每個刀片服務器的功耗信息必不可少的。此外，為了盡可能地延長正常運行時間，未來對故障識別或潛在故障位置預測的要求會增多。使用這些信息意味著最終結(jié)果的不同：讓客戶感到滿意，而免于意外故障導致的整個機架內(nèi)的服務器癱瘓。