數字電源管理的好處

 Digital Power Management
新一代IC需要更低電源電壓，單個(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壓。大多數板上電源系統用模塊DC-DC轉換器做為構建單元。高性能的DC-DC轉換器模塊適用于寬范圍電源，即可做為隔離磚式轉換器，也可做為非隔離負載點(diǎn)轉換器（POL）。
在這些環(huán)境下，需要電源管理功能與構建單元結合在一起，并構成一個(gè)完整工作、健全的電源系統。電源管理包括：電源系統監控，定序和跟蹤，監視和失效保護。事實(shí)上，每個(gè)功能都與DC-DC轉換的大電流電路隔斷。
在一個(gè)采用中間總線(xiàn)（IB）和電源管理的典型48V電源系統中，一個(gè)單磚式轉換器產(chǎn)生中間總線(xiàn)電壓，此電壓？入大量POL轉換器，POL提供每個(gè)低電壓輸出軌。磚式轉換器也保持與48V輸入電路隔離（見(jiàn)圖1）。
保證時(shí)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(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)定序和輸出電壓調節，并為過(guò)壓和欠壓條件提供失效保護。這種專(zhuān)用數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，其內部邏輯可以保護起動(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(lài)于電源轉換器起動(dòng)時(shí)間或時(shí)間延遲電路。內鎖定起動(dòng)閥值，防止使能一個(gè)軌直到前一個(gè)軌已正確地開(kāi)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。
數字失效檢測
過(guò)壓和欠壓失效檢測通?；诙嚯妷喝?，用ADC和數字平均來(lái)識別失效條件和瞬時(shí)的電壓瞬變。這可以改善系統性能，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失效。失效檢測電壓閥值和可配置的定時(shí)，以適合應用。
DC-DC轉換器調節輸入由PS-2406內的專(zhuān)用DAC驅動(dòng)，是在器件I2C接口控制下。此技術(shù)可以精確的調整設置，并可用系統軟件驅動(dòng)。這可以很容易實(shí)現軟件基性能，如長(cháng)期輸出電壓穩定性和自動(dòng)容限控制。
所有電壓閥值都是基于一個(gè)內部基準，而且比總精度好0.5%，而時(shí)間延遲和數字濾波器從器件時(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)現電源系統監視。假若需要，可以增加電流分路，通過(guò)I2C接口可進(jìn)行輸出電流測量。當PS-1006用于初端管理時(shí)（圖1），也可以通過(guò)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(guò)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(guò)壓和節電。
一旦設計通過(guò)，相同的配置文件用于板裝配和測試時(shí)的所有單元。性能在單元之間是一致的，而且不變化，這不像模擬設計中元件容差會(huì )導致變化。
啟動(dòng)時(shí)序
在任何復雜板上電源系統中，全部設計工作的一個(gè)顯著(zhù)部分需要定義和實(shí)現電源管理功能，這是控制和電源轉換器監控所需的功能。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、電流測量和讀出，失效保護和輸出電壓調整控制。很多應用要求電源系統的初端部分和次端部分之間隔離，當需要遠程讀出系統電壓和電流時(shí)，會(huì )使設計變得復雜。此外，在開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，特別是電源系統嵌入在電路板上，其要求勢必會(huì )有顯著(zhù)的變化。
傳統的電源系統設計靠分立的模擬電路實(shí)現電源管理功能，靠放大器、比較器和RC時(shí)間延遲設置參量。隨著(zhù)設計進(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(zhuān)門(mén)數字電源管理器件，允許通過(guò)配置軟件來(lái)設置工作參量，而不是電路元件。采用這種方法，在設計進(jìn)行期間根據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。電源轉換器的初始配置（電源拓撲）和所需要的啟動(dòng)時(shí)序，通過(guò)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(shí)間延遲、電壓調整設置和GPIO引腳功能）?？梢苑珠_(kāi)設置每個(gè)軌的過(guò)壓和檢測時(shí)間參量。過(guò)壓檢測也適合于中間總線(xiàn)電壓檢測。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化設計過(guò)程，所有的參量在Power　Center　Designer軟件中，自動(dòng)設置到典型的缺省值，而設計人員只需要細調少數值以適合應用。
當所有參量根據要求輸入后，通過(guò)I2C端口用編程纜線(xiàn)把它們下載到PS-2406。若在開(kāi)發(fā)期間需要調整任何參量，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)應用開(kāi)發(fā)定制軟件，而實(shí)現修改是復雜的。需要擴大測試來(lái)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(gè)專(zhuān)門(mén)為電源管理應用設計的器件，其內部邏輯是預先確定的，而只是改變配置來(lái)適合不同的應用。改變配置只需幾分鐘、而不需要開(kāi)發(fā)和測試任何定制軟件。
專(zhuān)門(mén)數字電源管理控制器可使末端產(chǎn)品性能得到很大改善，允許把電源系統監控完全集成到產(chǎn)品管理軟件中。（彭京湘）

圖1　典型的電源系統框圖