還為用哪種電源發(fā)愁嗎？數字電源價(jià)值與優(yōu)勢探討

隨著(zhù)各大電源廠(chǎng)商不斷的推出新的數字電源產(chǎn)品，數字電源也越來(lái)越多的被用戶(hù)采納，但如何才能使用戶(hù)從數字電源中得到最大的利益，一直是電源設計工程師和系統設計工程師的共通目標，本文就以intersil的Zilker系列數字電源為基礎，主要介紹了數字電源能夠給系統應用帶來(lái)怎樣的價(jià)值，以及如何最大限度發(fā)揮數字電源的優(yōu)勢。

1. 數字電源的同步和時(shí)序控制

通常電源系統的時(shí)序和同步控制都需要使用特殊的控制器件來(lái)實(shí)現，而需要額外增加器件來(lái)實(shí)現時(shí)序控制，即增加了成本還需要在電路板上占有一定的空間，并且是完全由硬件電路實(shí)現，沒(méi)有適應性和擴展性，每做一個(gè)新的產(chǎn)品都需要重新進(jìn)行時(shí)序設計和相應的硬件設計。特別是針對復雜的系統來(lái)說(shuō)，每個(gè)系統中可能有多達10幾路的電源軌需要進(jìn)行精確的時(shí)序設計，一不小心如果有一路時(shí)序設計錯誤，整個(gè)系統設計就功虧一簣。而數字電源的應用，讓時(shí)序和同步控制變得異常簡(jiǎn)單，Zilker系列數字電源管理芯片使用單線(xiàn)制的DDC總線(xiàn)和SYNC管腳就可輕松實(shí)現各路電源軌之間的同步和時(shí)序管理，不再需要使用專(zhuān)門(mén)的頻率同步信號發(fā)生器件和時(shí)序控制器件，只需通過(guò)單線(xiàn)將各芯片的DDC管腳和SYNC管腳分別連接在一起，相應器件的時(shí)序和工作的相位就可以進(jìn)行精確的設定。時(shí)序設定是通過(guò)配置Pre Sequence和Sequence寄存器實(shí)現，同步和相位是通過(guò)配置SYNC Output Mode，SYNC Input Mode, SYNC Pin Configure來(lái)實(shí)現。

而芯片運行的過(guò)程中是完全不需要外部控制的，只需事先將配置文件寫(xiě)入芯片中，芯片就可以完全在獨立運行的過(guò)程中實(shí)現精確的排序和同步錯相功能了。

下圖是通過(guò)配置的基于ZL系列數字電源芯片電源軌的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)波形圖以及輸出電壓軌的時(shí)序控制結果：

圖3：系統的下電時(shí)序控制效果

從上面的圖像可以看出，通過(guò)配置后電源系統輕松實(shí)現了排序、同步和錯相等功能，工作狀態(tài)穩定。同時(shí)在使用了數字電源解決方案后，出現錯誤時(shí)也可以通過(guò)軟件進(jìn)行及時(shí)簡(jiǎn)單的進(jìn)行修正，不需要重新花費人力物力來(lái)對復雜的硬件進(jìn)行重新設計，設計人員也可以節省更多的時(shí)間去完成對系統處理功能的優(yōu)化，潛在的經(jīng)濟效益也很大。2.數字電源對系統動(dòng)態(tài)功耗管理的幫助

針對工業(yè)界越來(lái)越嚴格的能耗管理需求，為使電源系統能夠得到最優(yōu)化的效能。除了提高電源系統的工作效率，另一個(gè)途徑就是針對系統處理器芯片工作在不同業(yè)務(wù)密度時(shí)，動(dòng)態(tài)的調節處理器芯片的供電電壓來(lái)優(yōu)化處理器的能耗，通常情況下即要實(shí)現下面的功能：當系統處在高負荷運轉的時(shí)候，需要系統有很強的處理能力，讓系統達到最高的處理速度和能力，需要相應的提高系統處理器芯片的供電電壓;而當系處于低負荷運轉的時(shí)候，又需要盡可能的把閑散的功能模塊屏蔽，不讓或者少讓其損耗能量，從而相應的降低系統處理器芯片的供電電壓。

使用模擬電源方案，電源系統的輸出電壓是由硬件固定設置的，不能夠或者很難進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)調整。而使用了數字電源方案，我們不僅可以通過(guò)接口(Zilker系列數字電源使用標準的I2C/SMBUS接口)和相應的協(xié)議(Zilker系列數字電源使用標準協(xié)議的PMBus協(xié)議)實(shí)時(shí)的控制電源的輸出，而且還可以實(shí)時(shí)監測電源軌的工作電壓、電流、溫度等信息(如圖4是通過(guò)Intersil公司的GUI顯示了多路數字電源軌的工作狀態(tài))， 這樣可以比較容易的實(shí)現對系統的動(dòng)態(tài)管理和性能優(yōu)化了。

圖4：系統的動(dòng)態(tài)監控

通常的系統動(dòng)態(tài)電壓調節流程圖如下圖5所示，在調節的過(guò)程中需要CPU發(fā)送調節指令，對于模擬電源來(lái)說(shuō)，指令是不能夠被直接接收和執行的，那么整個(gè)調節過(guò)程就不能夠有效的執行。只有使用了數字電源的系統才能有效的進(jìn)行相應指令接收和操作，系統動(dòng)態(tài)功耗的管理和優(yōu)化就變的有操作性了。