数字电源管理的好处

zbz0529

数字电源管理的好处 [复制链接]

新一代IC需要更低电源电压，单个器件往往用多个电压，而这些电压必须以正确的时序加到器件上。到IC的这些非常低的电压必须板上产生、必须使压降最小和保持稳压。大多数板上电源系统用模块DC-DC转换器做为构建单元。高性能的DC-DC转换器模块适用于宽范围电源，即可做为隔离砖式转换器，也可做为非隔离负载点转换器（POL）。
在这些环境下，需要电源管理功能与构建单元结合在一起，并构成一个完整工作、健全的电源系统。电源管理包括：电源系统监控，定序和跟踪，监视和失效保护。事实上，每个功能都与DC-DC转换的大电流电路隔断。
在一个采用中间总线（IB）和电源管理的典型48V电源系统中，一个单砖式转换器产生中间总线电压，此电压？入大量POL转换器，POL提供每个低电压输出轨。砖式转换器也保持与48V输入电路隔离（见图1）。
保证时序控制
Potentia Semiconductor公司的PS-1006电源管理器件可用在48V初端处理输入起动限制、起动和关闭控制。另一个电源管理器件PS2406用在次端，控制起动定序和输出电压调节，并为过压和欠压条件提供失效保护。这种专用数字电源管理器件比通常采用的模拟方法或通用微控制器或PLD方法要优越得多。
PS2406可以实时控制所有输出轨电压，其内部逻辑可以保护起动和关闭，在所有条件下跟随所要求的时序。定序不依赖于电源转换器起动时间或时间延迟电路。内锁定起动阀值，防止使能一个轨直到前一个轨已正确地开始为止。失效管理逻辑确保失效发生后，但余下的轨仍然按时序关闭。
数字失效检测
过压和欠压失效检测通常基于多电压取样，用ADC和数字平均来识别失效条件和瞬时的电压瞬变。这可以改善系统性能，在失效条件下迅速地关闭而避免不正确的关闭。选择用于快速取样的ADC，使得它能够比通用微控制器更快速地反应失效。失效检测电压阀值和可配置的定时，以适合应用。
DC-DC转换器调节输入由PS-2406内的专用DAC驱动，是在器件I2C接口控制下。此技术可以精确的调整设置，并可用系统软件驱动。这可以很容易实现软件基性能，如长期输出电压稳定性和自动容限控制。
所有电压阀值都是基于一个内部基准，而且比总精度好0.5%，而时间延迟和数字滤波器从器件时钟获得时间值。时间值可以特别精确，特别是时钟由晶振或陶瓷谐振器控制。
PS-2406的I2C接口允许板控制器实时读所有输出电压，这能全面地实现电源系统监视。假若需要，可以增加电流分路，通过I2C接口可进行输出电流测量。当PS-1006用于初端管理时（图1），也可以通过次端I2C接口控制初端状态。PS-1006可以测量初端参量和通过隔离的PI-Link接口向PS-2406报告状态。这些参量包括输入电压、输出电流、保险丝状态、输入过压和节电。
一旦设计通过，相同的配置文件用于板装配和测试时的所有单元。性能在单元之间是一致的，而且不变化，这不像模拟设计中元件容差会导致变化。
启动时序
在任何复杂板上电源系统中，全部设计工作的一个显著部分需要定义和实现电源管理功能，这是控制和电源转换器监控所需的功能。电源管理功能包括启动和关闭定序及跟踪，实时电压、电流测量和读出，失效保护和输出电压调整控制。很多应用要求电源系统的初端部分和次端部分之间隔离，当需要远程读出系统电压和电流时，会使设计变得复杂。此外，在开发相关产品时，特别是电源系统嵌入在电路板上，其要求势必会有显著的变化。
传统的电源系统设计靠分立的模拟电路实现电源管理功能，靠放大器、比较器和RC时间延迟设置参量。随着设计进行，任何的变化都要求元件改变，并经常需要重新加工印刷电路板。采用专门数字电源管理器件，允许通过配置软件来设置工作参量，而不是电路元件。采用这种方法，在设计进行期间根据需要可容易地改变参量，而不需要做硬件改变。
配置软件
所有的PS-2406功能都是用有关的Power Center Designer配置软件。电源转换器的初始配置（电源拓扑）和所需要的启动时序，通过屏幕上的图像和检查框图形输入。
一旦电源拓扑输入，在参量输入屏上配置工作参量（如电压电平、时间延迟、电压调整设置和GPIO引脚功能）。可以分开设置每个轨的过压和检测时间参量。过压检测也适合于中间总线电压检测。为了进一步简化设计过程，所有的参量在Power　Center　Designer软件中，自动设置到典型的缺省值，而设计人员只需要细调少数值以适合应用。
当所有参量根据要求输入后，通过I2C端口用编程缆线把它们下载到PS-2406。若在开发期间需要调整任何参量，则可以编辑和重新装载，只需几分钟，而不需要从板上拆去可能的器件。
若把通用微控制器用做电源管理，必须为每个应用开发定制软件，而实现修改是复杂的。需要扩大测试来确认在所有功能和失效条件下软件的正确逻辑性能。
用一个专门为电源管理应用设计的器件，其内部逻辑是预先确定的，而只是改变配置来适合不同的应用。改变配置只需几分钟、而不需要开发和测试任何定制软件。
专门数字电源管理控制器可使末端产品性能得到很大改善，允许把电源系统监控完全集成到产品管理软件中。（彭京湘）

图1　典型的电源系统框图