如何實現綠色混合數字計算的電源管理

輸出電壓。這會輕易導致單點故障和對CPU的潛在損害。另外，它們使用的是估計方法來檢測輸入電流。這種方法速度慢且不能提供真正的災難性故障保護（CFP）輸出來指示消除輸入源，以免發生發熱事件［9，10］。相反，Intersil的混合方案有兩個輸出偵測點（VSEN和FB）來避免單點故障，以及真正的輸入電流偵測來監測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）來存儲配置信息，這些配置通常在出廠前已經編程。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。計算機市場非常活躍，需求會突然發生變化。一旦一種平臺失去了市場，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，但常常會給售后服務制造困難，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有這些問題；單個零件可用于或復用于不同平臺，從而幫助簡化制造控制和降低總成本。　　（9）外置元件和PCB真實狀態

　　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，可用于計算機技術領域的核心和內存應用的數字控制器必須高速和經濟，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絡，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去偶電容（用于抑制噪聲）以及不多幾個L/DCR匹配元件。廠商A甚至需要4個NTC網絡，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圍需要更少的元件，但常常在功率系部分周圍需要更多的元件，包括驅動器去耦、DCR偵測網絡以及輸入和輸出濾波器，從而誤導用戶。

　　表2，計算機技術領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

　　（1）線性控制——EAPP

　　Intersil獨有的增強型主動脈沖定位（EAPP）調制方案是一種線性雙邊控制拓撲結構。在穩態工作期間它是固定頻率控制，但在瞬態事件期間則是變頻控制。它可以增加負載施加期間的開關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頻率變化期間保持相同：1-2-3-4 ---- 1-2-3-4，中間沒有任何東西。如圖9所示，在特定負載瞬態頻率下非線性控制會產生隨機分布的脈沖。這種新穎的EAPP控制方案顯著改進了電流均衡和減小了高頻瞬態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%時出現次諧波振蕩［7］，而數字控制也會出現周期極限振蕩［8］。可以向環路引入人為斜坡補償來最小化這些效應，但其將會減慢環路速度和減弱瞬態響應。Intersil的EAPP是一種雙邊電壓模式調制器，不會出現這些不穩定問題，從而產生具有優異模擬性能的更穩健、可靠的系統。

　　圖14，線性控制350kHz瞬變的電流均衡。

　　圖15，線性控制50kHz瞬變的電流均衡。

　　（2）DC性能

　　模擬控制環路可使電壓和電流偵測放大器盡可能保持精確而無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個電路板的下降控制精度。

　　（3）AUTO 模式的高效率

　　Intersil的相應AUTO模式有助于改進低負載區的VR效率。如圖18所示，自動相數控制（APN）使VR能夠在整個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。

　　（4）AUTO模式中的APA控制

　　CPU能夠在任何時刻毫無延遲地施加高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對這些負載瞬態事件的性能產生不良影響。Intersil的混合數字方案利用一個能夠快速添加相位的快速環路來支持負載階躍瞬態事件。

　　傳統的相數增加和減少控制將會監測總輸出電流，這是通過輸出電感電流來偵測的。當發生負載階躍時，電感電流會緩慢增加，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響應，APA控制幫助所有降低相位在大階躍瞬變時立即重新開始工作，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啟來支持負載。

　　圖20，帶有APA控制的負載瞬態性能。

　　（5）最低能量浪費

　　對于具有一個穩壓器和使用廠商A和廠商B數字控制器的兩個內存穩壓器的系統（如表1所示）來說 ，100萬個主板在五年間會產生大于 500億瓦時的待機功耗浪費（如圖21所示）。Intersil的筆記本和混合數字解決方案會產生的能量要低得多，且在未來有可能進一步減少。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

　　本文考察了全數字電源解決方案在計算機技術領域的局限性和一些優勢。同時對混合數字方案與全數字電源方案進行了對比。混合數字方案提供了模擬控制環路來實現世界一流的瞬態性能，以及數字電源管理功能來實現靈活的可編程性和易于使用的接口，該方案可靠、經濟、節能且易于使用，是一種環保型拓撲結構并符合能源之星要求。