綠色混合數字計算電源管理

圖8，采用Intersil的線(xiàn)性控制的瞬變。

圖10，線(xiàn)性控制1MHz瞬變的相位轉換順序。

（4）DC性能

與模擬解決方案的無(wú)限分辨率相比，全數字解決方案常常具有由于A(yíng)DC分辨率和PWM分辨率而產(chǎn)生的量子化誤差。另外，電源狀態(tài)的紋波變化也會(huì )影響穩壓精度，如圖11所示。混合方案保持了模擬方案的高精度。

數字控制器常常聲稱(chēng)在環(huán)境條件、老化和元件變化下具有更小的Vout漂移。對數字控制環(huán)路補償部分（沒(méi)有外置R和C）是真的，但包括輸出濾波器（電感和電容）在內的功率系的特征仍然會(huì )隨著(zhù)環(huán)境溫度、老化和元件變化而變化。校準可以改進(jìn)精度，特別是在電流偵測中，但它會(huì )增加成本（參見(jiàn)E部分）。除非在每次上電時(shí)進(jìn)行校準并對控制環(huán)路進(jìn)行重新配置，否則數字解決方案將仍然會(huì )有易受環(huán)境變化影響的缺點(diǎn)。此外，低DCR（0.15mOhm或更?。╇姼袑?huì )繼續增多這樣的影響，在全數字控制器的情況下這將要求更高分辨率的ADC，亦即更高的偏置電流。

數字解決方案的DC精度受PWM分辨率的影響[2]；例如，200ps PWM分辨率會(huì )對1MHz 開(kāi)關(guān)頻率下的12V輸入產(chǎn)生2.4mV誤差。

圖11，來(lái)自VID加載的輸出失調（10A）

（5）校準

全數字解決方案常常宣揚其校準功能，因為它們常常需要進(jìn)行校準來(lái)實(shí)現與混合方案相同的精度。校準是復雜和非免費的，常常需要外置MOSFET和精密偵測電阻，如同廠(chǎng)商B的解決方案一樣。這些附加元件通常價(jià)值超過(guò)0.20美元，同時(shí)還會(huì )增加用電量。

（6）相倍增器兼容性和上電順序

相數倍增器常常用于高相數和超頻應用[3]。通道之間的電流均衡對設計穩健和可靠的系統極其重要。市面上實(shí)現通道電流均衡的相數倍增器僅為5V PWM輸入邏輯[11,12]，且不兼容3.3V數字控制器。數字控制器一直使用沒(méi)有電流均衡功能的相數倍增器，這會(huì )產(chǎn)生長(cháng)期可靠性較差和可能造成系統發(fā)熱事件。Intersil相數倍增器集成電路的卓越相間電流均衡請參見(jiàn)圖12。

圖12，Intersil相倍增器在負載瞬變期間的通道電流均衡

在服務(wù)器領(lǐng)域，可產(chǎn)生最佳效率的典型驅動(dòng)器電壓為5V，這是不同于數字控制器的偏置電壓的，它使上電順序和保護復雜化；出現了三種可能情景：

1) 驅動(dòng)器首先上電。 驅動(dòng)器檢測到PWM低并接通低端MOSFET來(lái)給輸出放電；系統將不允許預充電啟動(dòng)。

2) 數字控制器首先上電。驅動(dòng)器檢測到PWM高或者在驅動(dòng)器電壓變慢時(shí)檢測到一個(gè)全占空比PWM信號；系統將失去軟啟動(dòng)并導致高端MOSFET的過(guò)應力。

3) 驅動(dòng)器和控制器由同一個(gè)啟用信號控制。在斷電期間由于高端MOSFET短路，CPU將不會(huì )受到保護，因為驅動(dòng)器已被禁用。

（7）系統保護

數字控制器需要數字化電壓和電流信息，然后再將其轉換回模擬信息，這一切全都在控制環(huán)路內部進(jìn)行。這通常導致比模擬環(huán)路更慢的響應，如圖5所示。另外，由于控制環(huán)路中的ADC和DAC，數字控制器將對需要立即予以響應的故障（如輸出短路、高端MOSFET短路或輸出過(guò)電壓）產(chǎn)生較差的保護。如表1所示，市面上的數字解決方案只對輸出提供一個(gè)偵測點(diǎn)。當反饋路徑由于元件性能降低、灰塵或潮濕而形成分割器時(shí)，輸出電壓將上升而不觸發(fā)過(guò)壓保護（OVP），因為沒(méi)有第二個(gè)點(diǎn)來(lái)監測輸出電壓。這會(huì )輕易導致單點(diǎn)故障和對CPU的潛在損害。另外，它們使用的是估計方法來(lái)檢測輸入電流。這種方法速度慢且不能提供真正的災難性故障保護（CFP）輸出來(lái)指示消除輸入源，以免發(fā)生發(fā)熱事件[9,10]。相反，Intersil的混合方案有兩個(gè)輸出偵測點(diǎn)（VSEN和FB）來(lái)避免單點(diǎn)故障，以及真正的輸入電流偵測來(lái)監測CFP，這可以對CPU提供出色的保護。

（8）制造和庫存控制

全數字控制器需要非易失存儲器（NVM）來(lái)存儲配置信息，這些配置通常在出廠(chǎng)前已經(jīng)編程。如果該器件用于不同的平臺，其將需要不同的配置文件和庫存批次。計算機市場(chǎng)非?；钴S，需求會(huì )突然發(fā)生變化。一旦一種平臺失去了市場(chǎng)，該平臺的特定零件就不能復用于其他平臺。帶有不同配置的相同控制器可用于不同的平臺，但常常會(huì )給售后服務(wù)制造困難，例如故障分析。數字解決方案使庫存控制復雜化并增加了總成本。而混合數字控制器就沒(méi)有這些問(wèn)題；單個(gè)零件可用于或復用于不同平臺，從而幫助簡(jiǎn)化制造控制和降低總成本。

（9）外置元件和PCB真實(shí)狀態(tài)

數字電源解決方案使用集成度很高且昂貴的控制器，這些控制器常常使用很少的外置元件以及比模擬解決方案更少的PCB空間。但是，可用于計算機技術(shù)領(lǐng)域的核心和內存應用的數字控制器必須高速和經(jīng)濟，且常常并未集成所有功能。如表2（混合數字和全數字計算解決方案的外置元件比較）所示，數字解決方案消除了補償網(wǎng)絡(luò )，而許多其他功能仍然需要外置元件。例如，市面上的數字解決方案額外需要兩個(gè)去偶電容（用于抑制噪聲）以及不多幾個(gè)L/DCR匹配元件。廠(chǎng)商A甚至需要4個(gè)NTC網(wǎng)絡(luò )，用于熱補償和監測，并對完整的6+1解決方案需要更大的封裝。數字解決方案可能在控制器周?chē)枰俚脑?，但常常在功率系部分周?chē)枰嗟脑?，包括驅?dòng)器去耦、DCR偵測網(wǎng)絡(luò )以及輸入和輸出濾波器，從而誤導用戶(hù)。

表2，計算機技術(shù)領(lǐng)域的混合數字與全數字6+1解決方案的外置元件