如何實(shí)現綠色混合數字計算的電源管理

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。

　?。?）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?！　。?）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

　　三、Intersil綠色混合數字電源

　?。?）線(xiàn)性控制——EAPP

　　Intersil獨有的增強型主動(dòng)脈沖定位（EAPP）調制方案是一種線(xiàn)性雙邊控制拓撲結構。在穩態(tài)工作期間它是固定頻率控制，但在瞬態(tài)事件期間則是變頻控制。它可以增加負載施加期間的開(kāi)關(guān)頻率和降低負載釋放期間的頻率。在直流和交流工作條件下，它還在所有相位之間保持均勻的脈沖分布。如圖10和圖13所示，相位轉換順序在負載瞬態(tài)頻率變化期間保持相同：1-2-3-4 ---- 1-2-3-4，中間沒(méi)有任何東西。如圖9所示，在特定負載瞬態(tài)頻率下非線(xiàn)性控制會(huì )產(chǎn)生隨機分布的脈沖。這種新穎的EAPP控制方案顯著(zhù)改進(jìn)了電流均衡和減小了高頻瞬態(tài)事件期間的差頻振蕩，如圖14和圖15所示。

　　電流模式控制常常在占空比高于50%時(shí)出現次諧波振蕩［7］，而數字控制也會(huì )出現周期極限振蕩［8］?？梢韵颦h(huán)路引入人為斜坡補償來(lái)最小化這些效應，但其將會(huì )減慢環(huán)路速度和減弱瞬態(tài)響應。Intersil的EAPP是一種雙邊電壓模式調制器，不會(huì )出現這些不穩定問(wèn)題，從而產(chǎn)生具有優(yōu)異模擬性能的更穩健、可靠的系統。

　　圖14，線(xiàn)性控制350kHz瞬變的電流均衡。

　　圖15，線(xiàn)性控制50kHz瞬變的電流均衡。

　?。?）DC性能

　　模擬控制環(huán)路可使電壓和電流偵測放大器盡可能保持精確而無(wú)需任何不必要的校準。圖16顯示6相系統具有良好均衡的相電流，而圖17顯示不同電路板的非常緊的降低公差。

　　圖17，6個(gè)電路板的下降控制精度。

　?。?）AUTO 模式的高效率

　　Intersil的相應AUTO模式有助于改進(jìn)低負載區的VR效率。如圖18所示，自動(dòng)相數控制（APN）使VR能夠在整個(gè)負載上在最佳效率下工作［1］。

　　圖18，不同相數的效率和ISL6367/67H評估板的APN。

　?。?）AUTO模式中的APA控制

　　CPU能夠在任何時(shí)刻毫無(wú)延遲地施加高di/dt負載，因此多相VR必須為重負載施加做好準備。使用APN控制不能對VR對這些負載瞬態(tài)事件的性能產(chǎn)生不良影響。Intersil的混合數字方案利用一個(gè)能夠快速添加相位的快速環(huán)路來(lái)支持負載階躍瞬態(tài)事件。

　　傳統的相數增加和減少控制將會(huì )監測總輸出電流，這是通過(guò)輸出電感電流來(lái)偵測的。當發(fā)生負載階躍時(shí)，電感電流會(huì )緩慢增加，所以相位是逐一緩慢增加的，從而導致大電壓暫降，如圖19所示。因此，工作相位可能試圖占用滿(mǎn)施加的負載電流，并可能潛在地超載，直至增加更多相位。為保持在正常全相運行模式的相等瞬態(tài)響應，APA控制幫助所有降低相位在大階躍瞬變時(shí)立即重新開(kāi)始工作，從而導致非常小的電壓暫降，如圖20所示。輸出電壓響應是快速的，因為所有相位都被開(kāi)啟來(lái)支持負載。

　　圖20，帶有APA控制的負載瞬態(tài)性能。

　?。?）最低能量浪費

　　對于具有一個(gè)穩壓器和使用廠(chǎng)商A和廠(chǎng)商B數字控制器的兩個(gè)內存穩壓器的系統（如表1所示）來(lái)說(shuō) ，100萬(wàn)個(gè)主板在五年間會(huì )產(chǎn)生大于 500億瓦時(shí)的待機功耗浪費（如圖21所示）。Intersil的筆記本和混合數字解決方案會(huì )產(chǎn)生的能量要低得多，且在未來(lái)有可能進(jìn)一步減少。另外，Intersil的混合數字方案還有AUTO模式，可在輕負載條件期間更精確地節省更多電力。

　　圖21，控制器的待機能量浪費比較。

　　四、結束語(yǔ)

　　本文考察了全數字電源解決方案在計算機技術(shù)領(lǐng)域的局限性和一些優(yōu)勢。同時(shí)對混合數字方案與全數字電源方案進(jìn)行了對比?；旌蠑底址桨柑峁┝四M控制環(huán)路來(lái)實(shí)現世界一流的瞬態(tài)性能，以及數字電源管理功能來(lái)實(shí)現靈活的可編程性和易于使用的接口，該方案可靠、經(jīng)濟、節能且易于使用，是一種環(huán)保型拓撲結構并符合能源之星要求。