選擇數字電源集成電路（IC）的秘訣

數字負載點(diǎn) (POL) 系統控制器

這些器件中具有代表性的是UCD92xx系列數字POL控制器。它們?yōu)镻OL設計人員提供極高程度的可配置性。借助于可輕松獲得的極高靈活性，系統設計人員能夠快速配置POL的輸出和相位，以滿(mǎn)足他們的特定設計需要。高級POL能夠控制多達4個(gè)輸出電源軌，和最多8個(gè)相位。電源子系統控制環(huán)路的數字控制可確保對輸入電壓和負載電流變化的快速響應。在需要時(shí)，UCD92xx系列可被配置為提供非線(xiàn)性響應。電源子系統中的低延遲可以對系統的總體性能產(chǎn)生正面影響，并且有可能通過(guò)免除對特定儲能電容器等額外單獨功率組件的需要來(lái)降低成本、減少組件數量。UCD92xx器件的數字電源管理功能可以在具有很多電源軌的復雜高電流多相位應用中集成更多的精密排序過(guò)程。設計人員可以為系統中的不同電源軌周密地指定并輕松部署最有效地加電和斷電序列。

開(kāi)發(fā)工具

通過(guò)一款具有直觀(guān)Fusion Digital Power Designer的綜合電源工具系列、領(lǐng)先用戶(hù)界面和業(yè)內電源工具的實(shí)際標準，TI的POL控制器能夠提供快速原型機設計和實(shí)驗。借助Fusion，設計人員能夠監視電源性能，并在運行中重新配置參數，以快速找到最有效的實(shí)現方式。

應用

UCD92xx控制器特別適合于那些需要進(jìn)行大量電源軌穩壓和多相位調節的系統。高速企業(yè)網(wǎng)絡(luò )互連系統、電信和無(wú)線(xiàn)基站開(kāi)關(guān)，以及高數據吞吐量測試以及諸如自動(dòng)測試設備 (ATE) 的測量系統等會(huì )有此類(lèi)系統。通常情況下，這些類(lèi)型的系統特有現場(chǎng)可編程門(mén)陣列 (FPGA)、特定用途集成電路 (ASIC) 或其它需要大量電源軌的復雜邏輯器件。

用例分析

某些復雜的企業(yè)網(wǎng)絡(luò )互連系統和高數據吞吐量電信開(kāi)關(guān)最多可支持300個(gè)電源軌，每個(gè)電源軌均需要通過(guò)電源控制環(huán)路的非線(xiàn)性、低延遲響應來(lái)實(shí)現嚴密穩壓。UCD92xx控制器監視電源運行并對異常情況作出快速反應，以保持高系統性能。

具有數字接口的模擬電源穩壓器

某些電源設計無(wú)需高度的可編程性或配置性，所以模擬電源管理器件可以滿(mǎn)足電力轉換的要求。然而，通常會(huì )有利用諸如系統電源管理等數字電源的某些功能的需求。集成PMBus接口可以滿(mǎn)足這一需求。這將有助于減少組件數量和降低物料清單 (BOM) 成本。對于此類(lèi)工程師，具有數字接口的模擬電源穩壓器提供了熟悉的解決方案并確保了快速的設計周期。具有數字接口的模擬電源穩壓器可以作為數字電源設計的第一步。設計人員可以保留之前采用的模擬電源架構，而同時(shí)又充分利用數字電源管理所具有的某些優(yōu)勢。TI的SWIFTTM TPS轉換器是業(yè)內一款獨一無(wú)二的產(chǎn)品。支持高達30A的高轉換器功能，它們是唯一具有數字PMBus接口和集成模擬金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管 (MOSFET) 的轉換器。通過(guò)將數字和模擬電路組合在一起，SWIFT器件能夠提供針對外部功率級的大量保護特性。這些產(chǎn)品的不同分類(lèi)在提供額外可配置電源管理功能的同時(shí)，滿(mǎn)足了特定的電力轉換要求。例如，此類(lèi)集成可實(shí)現過(guò)壓、欠壓和過(guò)流保護。此外，還集成了諸如溫度軟故障的電源管理功能，此功能在溫度超過(guò)特定限值時(shí)，相應地縮小電流值，而不是完全關(guān)閉功率級。片上資源使得設計人員能夠針對抗擾度和瞬態(tài)響應來(lái)對他們的拓撲進(jìn)行微調。

SWIFT轉換器上所包含的PMBus接口使得系統能夠密切監視關(guān)鍵輸出參數，其中包括電壓和電流，并對這些參數的變換作出快速響應。此外，可通過(guò)PMBus接口來(lái)連接可選外部溫度感測功能。

開(kāi)發(fā)工具

TI的Fusion Digital Power Designer工具為SWIFT轉換器提供直觀(guān)的編程界面，而WEBENCH? 工具使得開(kāi)發(fā)人員在一個(gè)工具內仿真和修改他們的設計工具。EVM和開(kāi)發(fā)板的主機與Fusion和WEBENCH工具協(xié)同工作，以加快原型機設計和實(shí)驗過(guò)程，從而極大地減少總體開(kāi)發(fā)時(shí)間。

應用

SWIFT器件的高性能模擬電力轉換和數字電源管理功能非常適合于通信和網(wǎng)絡(luò )互連、個(gè)人和企業(yè)計算、工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制、以及固態(tài)存儲系統等廣泛應用。

用例分析

由于它們的高集成度和高性能、低Rds(on)、NexFET技術(shù)、PowerStackTM單接地墊封裝、小封裝尺寸、高開(kāi)關(guān)頻率、以及擴展溫度范圍內的嚴密負載穩壓，PMBus SWIFT DC/DC轉換器已經(jīng)被廣泛部署在有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信設備中，諸如基站基帶設備、遠程射頻裝置微基站、10Gb/40Gb以太網(wǎng)開(kāi)關(guān)，以及功率密度和熱性能為優(yōu)先設計考慮因素的企業(yè)存儲系統。還包括一些全新應用，如高端可編程邏輯控制器和軟件定義無(wú)線(xiàn)電等工業(yè)和太空/國防應用。

數字電源排序器

數字電源排序器具有可編程性和高集成度，因此是適用復雜多軌系統的簡(jiǎn)單、成本有效解決方案。在這些多軌系統中，大量電源軌的排序和監視較難實(shí)現。而借助針對PMBus、I2C或SMBus的集成ADC和數字通信接口，數字電源排序器可以簡(jiǎn)化硬件架構，從而為經(jīng)優(yōu)化的電源排序器提供一個(gè)行業(yè)標準接口，PMBus。因此，減小了系統尺寸也降低了成本。

能夠監視和排序最多24條電源軌的TI UCD9xxx數字排序器是業(yè)內功能最強大的此類(lèi)器件。它們包含大量的功率級保護特性，其中包括過(guò)壓、欠壓和過(guò)流保護。當內部溫度傳感器感測到功率級的溫度過(guò)高時(shí)，UCD9xxx排序器能夠相應地降低電流值，而不是完全關(guān)閉轉換器。此外，備用的通道可被設定為控制系統外設，比如說(shuō)通過(guò)PWM進(jìn)行控制的風(fēng)扇。

圖3. 高性能企業(yè)開(kāi)關(guān)PMBus電源解決方案

開(kāi)發(fā)工具

Fusion Digital Power Designer為開(kāi)發(fā)人員提供一個(gè)直觀(guān)配置界面，通過(guò)這個(gè)界面，可以快速部署UCD9xxx器件的很多資源。此外，圖3中顯示的EVM和開(kāi)發(fā)板類(lèi)器件有助于設計人員在項目設計的最初階段加快原型機設計和實(shí)驗過(guò)程。

應用

數字排序器在需要多個(gè)電壓軌的應用中找到用武之地。常見(jiàn)應用包括電信和網(wǎng)絡(luò )互連設備、工業(yè)通信和工廠(chǎng)自動(dòng)化系統、諸如ATE的測試與測量系統、服務(wù)器和其它存儲系統。

數字熱插拔控制器

數字資源已經(jīng)將智能電源管理功能提升到更高的水平。其中一個(gè)示例就是熱插拔控制器在高性能系統中所發(fā)揮的作用。熱插拔控制器已經(jīng)成為在電源中移除和插入電路時(shí)，管理電源的主要模擬電路。與上文中描述的模擬POL器件相似的是，器件中已經(jīng)添加了數字接口，以準確監視，并且實(shí)時(shí)報告電壓、電流、功率、電能和溫度等特定的系統級運行條件。這使得數字熱插拔控制器在保護系統不受硬件故障影響方面發(fā)揮應有的作用，這些硬件故障包括那些有可能會(huì )導致系統損壞的短路或其它情況。通過(guò)監視并報告系統電源性能指標，熱插拔控制器支持電力的高效使用，以及智能電源管理系統配置。TI數字熱插拔控制器針對電流測量進(jìn)行了微調，通常情況下可實(shí)現優(yōu)于2%的精確額定值。它們包括一個(gè)支持PMBus、I2C或其它接口的數字通信接口?；跓岵灏慰刂破魈峁┑碾娫幢O視信息，主機系統中的集中式電源管理控制器能夠均衡電力負載，減小或增加處理元件的電力供應，以節省電能，更好地管理系統效率，并且預測有可能出現的故障，以實(shí)現更高的可靠性。

特定TI數字熱插拔控制器與Intel Node Manager兼容，產(chǎn)品編號后綴中的“i”表示具有此項功能的器件。因此，這些熱插拔控制器能夠將它們的電能監視信息提供給Intel Node Manager，這些信息可被用來(lái)優(yōu)化總體系統運行，以及多個(gè)刀片服務(wù)器上的能耗和機架級性能。

開(kāi)發(fā)工具

在高功率、高性能系統要求與高功效之間的均衡是那些在設計中執行數字熱插拔控制器的設計人員需要面對的一組復雜的設計難題。幸運的是，諸如熱插拔設計計算器 (Hot Swap Design Calculator) 的TI工具能夠自動(dòng)計算并比較很多變量，不論是在創(chuàng )建全新設計，還是對性能糟糕的設計進(jìn)行排錯時(shí)，都必須將這些變量考慮在內。TI的電源接口 (PI) 指令器工具提供一個(gè)直觀(guān)的GUI界面。通過(guò)這一界面，設計人員能夠觀(guān)察TI數字熱插拔控制器所采集的能量監視信息。此外，PI指令器能夠發(fā)現故障，并可以作為熱插拔控制器軟件的測試平臺。

應用

TI數字熱插拔控制器的主要應用通常為能效和功耗為主要考慮因素、以及那些需要熱插拔管理的應用。數據中心和企業(yè)服務(wù)器系統;視頻通信系統;和電信系統，其中包括無(wú)線(xiàn)基站、基帶設備、塔式遠程射頻裝置，以及其它數字熱插拔控制器被廣泛采用的領(lǐng)域。

用例分析

在高端數據中心或企業(yè)服務(wù)器系統中，數字熱插拔控制器是整個(gè)設施內能源管理與運行控制間的主要連接器件。如果打算保持設施的能源收支平衡，海量服務(wù)器群集中每個(gè)刀片服務(wù)器的功耗信息必不可少的。此外，為了盡可能地延長(cháng)正常運行時(shí)間，未來(lái)對故障識別或潛在故障位置預測的要求會(huì )增多。使用這些信息意味著(zhù)最終結果的不同：讓客戶(hù)感到滿(mǎn)意，而免于意外故障導致的整個(gè)機架內的服務(wù)器癱瘓。