數(shù)字電源管理的好處

新一代IC需要更低電源電壓，單個(gè)器件往往用多個(gè)電壓，而這些電壓必須以正確的時(shí)序加到器件上。到IC的這些非常低的電壓必須板上產(chǎn)生、必須使壓降最小和保持穩(wěn)壓。大多數(shù)板上電源系統(tǒng)用模塊DC-DC轉(zhuǎn)換器做為構(gòu)建單元。高性能的DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊適用于寬范圍電源，即可做為隔離磚式轉(zhuǎn)換器，也可做為非隔離負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器（POL）。


在這些環(huán)境下，需要電源管理功能與構(gòu)建單元結(jié)合在一起，并構(gòu)成一個(gè)完整工作、健全的電源系統(tǒng)。電源管理包括：電源系統(tǒng)監(jiān)控，定序和跟蹤，監(jiān)視和失效保護(hù)。事實(shí)上，每個(gè)功能都與DC-DC轉(zhuǎn)換的大電流電路隔斷。


在一個(gè)采用中間總線（IB）和電源管理的典型48V電源系統(tǒng)中，一個(gè)單磚式轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生中間總線電壓，此電壓？入大量POL轉(zhuǎn)換器，POL提供每個(gè)低電壓輸出軌。磚式轉(zhuǎn)換器也保持與48V輸入電路隔離（見圖1）。 
 

                                 圖1　典型的電源系統(tǒng)框圖 


保證時(shí)序控制


PotentiaSemiconductor公司的PS-1006電源管理器件可用在48V初端處理輸入起動(dòng)限制、起動(dòng)和關(guān)閉控制。另一個(gè)電源管理器件PS2406用在次端，控制起動(dòng)定序和輸出電壓調(diào)節(jié)，并為過壓和欠壓條件提供失效保護(hù)。這種專用數(shù)字電源管理器件比通常采用的模擬方法或通用微控制器或PLD方法要優(yōu)越得多。 


PS2406可以實(shí)時(shí)控制所有輸出軌電壓，其內(nèi)部邏輯可以保護(hù)起動(dòng)和關(guān)閉，在所有條件下跟隨所要求的時(shí)序。定序不依賴于電源轉(zhuǎn)換器起動(dòng)時(shí)間或時(shí)間延遲電路。內(nèi)鎖定起動(dòng)閥值，防止使能一個(gè)軌直到前一個(gè)軌已正確地開始為止。失效管理邏輯確保失效發(fā)生后，但余下的軌仍然按時(shí)序關(guān)閉。


數(shù)字失效檢測(cè) 


過壓和欠壓失效檢測(cè)通?；诙嚯妷喝?，用ADC和數(shù)字平均來識(shí)別失效條件和瞬時(shí)的電壓瞬變。這可以改善系統(tǒng)性能，在失效條件下迅速地關(guān)閉而避免不正確的關(guān)閉。選擇用于快速取樣的ADC，使得它能夠比通用微控制器更快速地反應(yīng)失效。失效檢測(cè)電壓閥值和可配置的定時(shí)，以適合應(yīng)用。 
DC-DC轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)輸入由PS-2406內(nèi)的專用DAC驅(qū)動(dòng)，是在器件I2C接口控制下。此技術(shù)可以精確的調(diào)整設(shè)置，并可用系統(tǒng)軟件驅(qū)動(dòng)。這可以很容易實(shí)現(xiàn)軟件基性能，如長(zhǎng)期輸出電壓穩(wěn)定性和自動(dòng)容限控制。 
所有電壓閥值都是基于一個(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)，而且比總精度好0.5%，而時(shí)間延遲和數(shù)字濾波器從器件時(shí)鐘獲得時(shí)間值。時(shí)間值可以特別精確，特別是時(shí)鐘由晶振或陶瓷諧振器控制。 


PS-2406的I2C接口允許板控制器實(shí)時(shí)讀所有輸出電壓，這能全面地實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)監(jiān)視。假若需要，可以增加電流分路，通過I2C接口可進(jìn)行輸出電流測(cè)量。當(dāng)PS-1006用于初端管理時(shí)（圖1），也可以通過次端I2C接口控制初端狀態(tài)。PS-1006可以測(cè)量初端參量和通過隔離的PI-Link接口向PS-2406報(bào)告狀態(tài)。這些參量包括輸入電壓、輸出電流、保險(xiǎn)絲狀態(tài)、輸入過壓和節(jié)電。


一旦設(shè)計(jì)通過，相同的配置文件用于板裝配和測(cè)試時(shí)的所有單元。性能在單元之間是一致的，而且不變化，這不像模擬設(shè)計(jì)中元件容差會(huì)導(dǎo)致變化。 


啟動(dòng)時(shí)序 


在任何復(fù)雜板上電源系統(tǒng)中，全部設(shè)計(jì)工作的一個(gè)顯著部分需要定義和實(shí)現(xiàn)電源管理功能，這是控制和電源轉(zhuǎn)換器監(jiān)控所需的功能。電源管理功能包括啟動(dòng)和關(guān)閉定序及跟蹤，實(shí)時(shí)電壓、電流測(cè)量和讀出，失效保護(hù)和輸出電壓調(diào)整控制。很多應(yīng)用要求電源系統(tǒng)的初端部分和次端部分之間隔離，當(dāng)需要遠(yuǎn)程讀出系統(tǒng)電壓和電流時(shí)，會(huì)使設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。此外，在開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，特別是電源系統(tǒng)嵌入在電路板上，其要求勢(shì)必會(huì)有顯著的變化。


傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)靠分立的模擬電路實(shí)現(xiàn)電源管理功能，靠放大器、比較器和RC時(shí)間延遲設(shè)置參量。隨著設(shè)計(jì)進(jìn)行，任何的變化都要求元件改變，并經(jīng)常需要重新加工印刷電路板。采用專門數(shù)字電源管理器件，允許通過配置軟件來設(shè)置工作參量，而不是電路元件。采用這種方法，在設(shè)計(jì)進(jìn)行期間根據(jù)需要可容易地改變參量，而不需要做硬件改變。 


配置軟件 


所有的PS-2406功能都是用有關(guān)的PowerCenterDesigner配置軟件。電源轉(zhuǎn)換器的初始配置（電源拓?fù)洌┖退枰膯?dòng)時(shí)序，通過屏幕上的圖像和檢查框圖形輸入。


一旦電源拓?fù)漭斎?，在參量輸入屏上配置工作參量（如電壓電平、時(shí)間延遲、電壓調(diào)整設(shè)置和GPIO引腳功能）?？梢苑珠_設(shè)置每個(gè)軌的過壓和檢測(cè)時(shí)間參量。過壓檢測(cè)也適合于中間總線電壓檢測(cè)。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，所有的參量在Power　Center　Designer軟件中，自動(dòng)設(shè)置到典型的缺省值，而設(shè)計(jì)人員只需要細(xì)調(diào)少數(shù)值以適合應(yīng)用。 


當(dāng)所有參量根據(jù)要求輸入后，通過I2C端口用編程纜線把它們下載到PS-2406。若在開發(fā)期間需要調(diào)整任何參量，則可以編輯和重新裝載，只需幾分鐘，而不需要從板上拆去可能的器件。


若把通用微控制器用做電源管理，必須為每個(gè)應(yīng)用開發(fā)定制軟件，而實(shí)現(xiàn)修改是復(fù)雜的。需要擴(kuò)大測(cè)試來確認(rèn)在所有功能和失效條件下軟件的正確邏輯性能。 
用一個(gè)專門為電源管理應(yīng)用設(shè)計(jì)的器件，其內(nèi)部邏輯是預(yù)先確定的，而只是改變配置來適合不同的應(yīng)用。改變配置只需幾分鐘、而不需要開發(fā)和測(cè)試任何定制軟件。 
專門數(shù)字電源管理控制器可使末端產(chǎn)品性能得到很大改善，允許把電源系統(tǒng)監(jiān)控完全集成到產(chǎn)品管理軟件中。