數字電源管理的好處

新一代IC需要更低電源電壓，單個器件往往用多個電壓，而這些電壓必須以正確的時序加到器件上。到IC的這些非常低的電壓必須板上產生、必須使壓降最小和保持穩壓。大多數板上電源系統用模塊DC-DC轉換器做為構建單元。高性能的DC-DC轉換器模塊適用于寬范圍電源，即可做為隔離磚式轉換器，也可做為非隔離負載點轉換器（POL）。


在這些環境下，需要電源管理功能與構建單元結合在一起，并構成一個完整工作、健全的電源系統。電源管理包括：電源系統監控，定序和跟蹤，監視和失效保護。事實上，每個功能都與DC-DC轉換的大電流電路隔斷。


在一個采用中間總線（IB）和電源管理的典型48V電源系統中，一個單磚式轉換器產生中間總線電壓，此電壓？入大量POL轉換器，POL提供每個低電壓輸出軌。磚式轉換器也保持與48V輸入電路隔離（見圖1）。 
 

                                 圖1　典型的電源系統框圖 


保證時序控制


PotentiaSemiconductor公司的PS-1006電源管理器件可用在48V初端處理輸入起動限制、起動和關閉控制。另一個電源管理器件PS2406用在次端，控制起動定序和輸出電壓調節，并為過壓和欠壓條件提供失效保護。這種專用數字電源管理器件比通常采用的模擬方法或通用微控制器或PLD方法要優越得多。 


PS2406可以實時控制所有輸出軌電壓，其內部邏輯可以保護起動和關閉，在所有條件下跟隨所要求的時序。定序不依賴于電源轉換器起動時間或時間延遲電路。內鎖定起動閥值，防止使能一個軌直到前一個軌已正確地開始為止。失效管理邏輯確保失效發生后，但余下的軌仍然按時序關閉。


數字失效檢測 


過壓和欠壓失效檢測通常基于多電壓取樣，用ADC和數字平均來識別失效條件和瞬時的電壓瞬變。這可以改善系統性能，在失效條件下迅速地關閉而避免不正確的關閉。選擇用于快速取樣的ADC，使得它能夠比通用微控制器更快速地反應失效。失效檢測電壓閥值和可配置的定時，以適合應用。 
DC-DC轉換器調節輸入由PS-2406內的專用DAC驅動，是在器件I2C接口控制下。此技術可以精確的調整設置，并可用系統軟件驅動。這可以很容易實現軟件基性能，如長期輸出電壓穩定性和自動容限控制。 
所有電壓閥值都是基于一個內部基準，而且比總精度好0.5%，而時間延遲和數字濾波器從器件時鐘獲得時間值。時間值可以特別精確，特別是時鐘由晶振或陶瓷諧振器控制。 


PS-2406的I2C接口允許板控制器實時讀所有輸出電壓，這能全面地實現電源系統監視。假若需要，可以增加電流分路，通過I2C接口可進行輸出電流測量。當PS-1006用于初端管理時（圖1），也可以通過次端I2C接口控制初端狀態。PS-1006可以測量初端參量和通過隔離的PI-Link接口向PS-2406報告狀態。這些參量包括輸入電壓、輸出電流、保險絲狀態、輸入過壓和節電。


一旦設計通過，相同的配置文件用于板裝配和測試時的所有單元。性能在單元之間是一致的，而且不變化，這不像模擬設計中元件容差會導致變化。 


啟動時序 


在任何復雜板上電源系統中，全部設計工作的一個顯著部分需要定義和實現電源管理功能，這是控制和電源轉換器監控所需的功能。電源管理功能包括啟動和關閉定序及跟蹤，實時電壓、電流測量和讀出，失效保護和輸出電壓調整控制。很多應用要求電源系統的初端部分和次端部分之間隔離，當需要遠程讀出系統電壓和電流時，會使設計變得復雜。此外，在開發相關產品時，特別是電源系統嵌入在電路板上，其要求勢必會有顯著的變化。


傳統的電源系統設計靠分立的模擬電路實現電源管理功能，靠放大器、比較器和RC時間延遲設置參量。隨著設計進行，任何的變化都要求元件改變，并經常需要重新加工印刷電路板。采用專門數字電源管理器件，允許通過配置軟件來設置工作參量，而不是電路元件。采用這種方法，在設計進行期間根據需要可容易地改變參量，而不需要做硬件改變。 


配置軟件 


所有的PS-2406功能都是用有關的PowerCenterDesigner配置軟件。電源轉換器的初始配置（電源拓撲）和所需要的啟動時序，通過屏幕上的圖像和檢查框圖形輸入。


一旦電源拓撲輸入，在參量輸入屏上配置工作參量（如電壓電平、時間延遲、電壓調整設置和GPIO引腳功能）。可以分開設置每個軌的過壓和檢測時間參量。過壓檢測也適合于中間總線電壓檢測。為了進一步簡化設計過程，所有的參量在Power　Center　Designer軟件中，自動設置到典型的缺省值，而設計人員只需要細調少數值以適合應用。 


當所有參量根據要求輸入后，通過I2C端口用編程纜線把它們下載到PS-2406。若在開發期間需要調整任何參量，則可以編輯和重新裝載，只需幾分鐘，而不需要從板上拆去可能的器件。


若把通用微控制器用做電源管理，必須為每個應用開發定制軟件，而實現修改是復雜的。需要擴大測試來確認在所有功能和失效條件下軟件的正確邏輯性能。 
用一個專門為電源管理應用設計的器件，其內部邏輯是預先確定的，而只是改變配置來適合不同的應用。改變配置只需幾分鐘、而不需要開發和測試任何定制軟件。 
專門數字電源管理控制器可使末端產品性能得到很大改善，允許把電源系統監控完全集成到產品管理軟件中。