數字電源管理技術(shù)及應用詳解

　　本文介紹了數字電源的基本特點(diǎn)、數字電源相比于模擬電源的優(yōu)勢和數字電源管理的主要內容，也介紹了數字電源管理技術(shù)的應用。

　　新一代集成電路需要3.3V，1.8V甚至更低的電源電壓，單個(gè)器件需要多路電壓供電，而且電流的需求很大，電壓也必須以正確的時(shí)序加到器件上。為這些器件供電的電壓必須在電路板上（最好在距離這些器件近的地方）產(chǎn)生，以使壓降最小和電壓穩定。高性能的DC/DC轉換器適用于寬范圍輸入，既可作為隔離式電源，也可作為非隔離負載點(diǎn)轉換器。因此，大多數板載電源系統已經(jīng)采用DC/DC轉換模塊作為供電主體。但是，若缺少了電源管理電路，則無(wú)法構建一個(gè)完整、健全的電源系統。電源管理的內容包括：電源系統監控、定序和跟蹤、監視和失效保護。電源管理器件在輸入端處理共模抑制、起動(dòng)限制、起動(dòng)和關(guān)閉的控制，甚至功率因數校正等功能。配置在輸出端的電源管理器件控制啟動(dòng)定序和輸出電壓調節，并為過(guò)欠壓、過(guò)流情況提供相應的失效保圖1電源管理器件在隔離型AC/DC電源系統中的應用護。所有相關(guān)功能電路均要求與主電路隔離。

　　圖1所示為在隔離型AC/DC變換器中電源管理器件的主要應用。

　　專(zhuān)用的數字電源管理器件比通常采用的模擬電路或微控制器、可編程邏輯器件等方法在成本、開(kāi)發(fā)周期和可靠性方面具有較大優(yōu)勢。新一代的數字電源管理器件內部集成了能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)監控需求的快速ADC，使它能比通用微控制器的片外ADC更快地反映失效。監測數據通過(guò)I2C或PMBus總線(xiàn)傳輸給電源主控制器，用以實(shí)現精準的調壓設置、故障保護等功能。內部的時(shí)鐘可實(shí)現故障記錄。對于多路輸出的電源系統，數字電源主控制器實(shí)時(shí)地通過(guò)總線(xiàn)接口從各輸出端的管理器件內讀出各路輸出的監測數據，實(shí)現了電源系統的全面監視。一旦軟件設計通過(guò)，相同的源文件和配置文件可以用于該設計的所有產(chǎn)品，性能在單元之間是一致的，而模擬電路則會(huì )因元件本身差異導致性能不一。

　　傳統的，依靠模擬電路實(shí)現電源管理，通過(guò)放大器、比較器和RC時(shí)間延遲來(lái)設置各個(gè)參量的電源系統管理電路已經(jīng)比不上數字化電源管理器件的優(yōu)越性。隨著(zhù)設計的深入，元器件不再隨著(zhù)參量的改變而改變，電路板也不再需要反復重新加工。采用專(zhuān)門(mén)的數字電源管理器件，允許通過(guò)配置軟件來(lái)設置工作參量。設計期間的更改可以很容易地通過(guò)軟件實(shí)現，不需作硬件的改變。配置軟件只要求設計人員調節少數參量，當所有參數設置完畢后，可以通過(guò)I2C端口用編程下載線(xiàn)下載到數字電源管理器件中。圖2為典型的電源管理器件的內部功能單元框圖。

　　圖2電源管理器件的內部功能單元框圖

　　除了專(zhuān)門(mén)的電源管理集成電路應用在電源系統的監控上以外，新一代集成電路也在自身的設計上，增加了減小功耗和部分功率管理方面的功能，提供了與數字電源、數字化電源管理器件的通信接口。這已經(jīng)在較高檔的數字處理器上得到了體現。通過(guò)數字處理器和DC/DC變換器、數字電源管理單元之間的通信，處理器可以根據自身當前的處理速度和任務(wù)強度自動(dòng)調節所需的電源電壓。數字電源和功率管理單元內部包含若干寄存器，當處理器所需要的電壓發(fā)生變化時(shí)，則通過(guò)總線(xiàn)接受新的數據來(lái)配置相關(guān)寄存器，或者在數字電源內部程序的查找表中找到相關(guān)設置值。此種方案在功耗要求嚴格的領(lǐng)域正成為主流應用。對于內部各部分供電分開(kāi)的處理器，可將正處于待命或睡眠狀態(tài)的功能單元完全斷電，這將進(jìn)一步減小功耗，但對于供電管理提出了更高的要求，不僅輸出端口增加，對不同端口的設置和監測將顯著(zhù)增加數字電源管理單元內程序的復雜程度。處理器內部的硬件性能監視器則可以實(shí)現在特定時(shí)間內提供最低的供電電壓。監視器的信息直接來(lái)源于處理器內部，所以監視系統的閉環(huán)完全處在處理器芯片內部，實(shí)現了功率管理的SOC設計。