數(shù)字電源管理的好處

 Digital Power Management
新一代IC需要更低電源電壓，單個器件往往用多個電壓，而這些電壓必須以正確的時序加到器件上。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，也可做為非隔離負載點轉(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。事實上，每個功能都與DC-DC轉(zhuǎn)換的大電流電路隔斷。
在一個采用中間總線（IB）和電源管理的典型48V電源系統(tǒng)中，一個單磚式轉(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）。
保證時序控制
Potentia Semiconductor公司的PS-1006電源管理器件可用在48V初端處理輸入起動限制、起動和關(guān)閉控制。另一個電源管理器件PS2406用在次端，控制起動定序和輸出電壓調(diào)節(jié)，并為過壓和欠壓條件提供失效保護。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可以實時控制所有輸出軌電壓，其內(nèi)部邏輯可以保護起動和關(guān)閉，在所有條件下跟隨所要求的時序。定序不依賴于電源轉(zhuǎn)換器起動時間或時間延遲電路。內(nèi)鎖定起動閥值，防止使能一個軌直到前一個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序關(guān)閉。
數(shù)字失效檢測
過壓和欠壓失效檢測通?；诙嚯妷喝?，用ADC和數(shù)字平均來識別失效條件和瞬時的電壓瞬變。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。失效檢測電壓閥值和可配置的定時，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，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。這可以很容易實現(xiàn)軟件基性能，如長期輸出電壓穩(wěn)定性和自動容限控制。
所有電壓閥值都是基于一個內(nèi)部基準，而且比總精度好0.5%，而時間延遲和數(shù)字濾波器從器件時鐘獲得時間值。時間值可以特別精確，特別是時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時讀所有輸出電壓，這能全面地實現(xiàn)電源系統(tǒng)監(jiān)視。假若需要，可以增加電流分路，通過I2C接口可進行輸出電流測量。當PS-1006用于初端管理時（圖1），也可以通過次端I2C接口控制初端狀態(tài)。PS-1006可以測量初端參量和通過隔離的PI-Link接口向PS-2406報告狀態(tài)。這些參量包括輸入電壓、輸出電流、保險絲狀態(tài)、輸入過壓和節(jié)電。
一旦設(shè)計通過，相同的配置文件用于板裝配和測試時的所有單元。性能在單元之間是一致的，而且不變化，這不像模擬設(shè)計中元件容差會導致變化。
啟動時序
在任何復(fù)雜板上電源系統(tǒng)中，全部設(shè)計工作的一個顯著部分需要定義和實現(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和關(guān)閉定序及跟蹤，實時電壓、電流測量和讀出，失效保護和輸出電壓調(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，當需要遠程讀出系統(tǒng)電壓和電流時，會使設(shè)計變得復(fù)雜。此外，在開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品時，特別是電源系統(tǒng)嵌入在電路板上，其要求勢必會有顯著的變化。
傳統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)計靠分立的模擬電路實現(xiàn)電源管理功能，靠放大器、比較器和RC時間延遲設(shè)置參量。隨著設(shè)計進行，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)計進行期間根據(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Power Center Designer配置軟件。電源轉(zhuǎn)換器的初始配置（電源拓撲）和所需要的啟動時序，通過屏幕上的圖像和檢查框圖形輸入。
一旦電源拓撲輸入，在參量輸入屏上配置工作參量（如電壓電平、時間延遲、電壓調(diào)整設(shè)置和GPIO引腳功能）?？梢苑珠_設(shè)置每個軌的過壓和檢測時間參量。過壓檢測也適合于中間總線電壓檢測。為了進一步簡化設(shè)計過程，所有的參量在Power　Center　Designer軟件中，自動設(shè)置到典型的缺省值，而設(shè)計人員只需要細調(diào)少數(shù)值以適合應(yīng)用。
當所有參量根據(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，必須為每個應(yīng)用開發(fā)定制軟件，而實現(xiàn)修改是復(fù)雜的。需要擴大測試來確認在所有功能和失效條件下軟件的正確邏輯性能。
用一個專門為電源管理應(yīng)用設(shè)計的器件，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。（彭京湘）

圖1　典型的電源系統(tǒng)框圖