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数字电源管理的好处

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作者:时间:2008-01-14来源:收藏

 

新一代IC需要更低电压,单个器件往往用多个电压,而这些电压必须以正确的时序加到器件上。到IC的这些非常低的电压必须板上产生、必须使压降最小和保持稳压。大多数板上系统用模块DC-DC转换器做为构建单元。高性能的DC-DC转换器模块适用于宽范围,即可做为隔离砖式转换器,也可做为非隔离负载点转换器(POL)。


在这些环境下,需要电源功能与构建单元结合在一起,并构成一个完整工作、健全的电源系统。电源包括:电源系统监控,定序和跟踪,监视和失效保护。事实上,每个功能都与DC-DC转换的大电流电路隔断。


在一个采用中间总线(IB)和电源的典型48V电源系统中,一个单砖式转换器产生中间总线电压,此电压?入大量POL转换器,POL提供每个低电压输出轨。砖式转换器也保持与48V输入电路隔离(见图1)。 
 

                                 图1 典型的电源系统框图 


保证时序控制


PotentiaSemiconductor公司的PS-1006电源管理器件可用在48V初端处理输入起动限制、起动和关闭控制。另一个电源管理器件PS2406用在次端,控制起动定序和输出电压调节,并为过压和欠压条件提供失效保护。这种专用电源管理器件比通常采用的模拟方法或通用微控制器或PLD方法要优越得多。 


PS2406可以实时控制所有输出轨电压,其内部逻辑可以保护起动和关闭,在所有条件下跟随所要求的时序。定序不依赖于电源转换器起动时间或时间延迟电路。内锁定起动阀值,防止使能一个轨直到前一个轨已正确地开始为止。失效管理逻辑确保失效发生后,但余下的轨仍然按时序关闭。


失效检测 


过压和欠压失效检测通常基于多电压取样,用ADC和平均来识别失效条件和瞬时的电压瞬变。这可以改善系统性能,在失效条件下迅速地关闭而避免不正确的关闭。选择用于快速取样的ADC,使得它能够比通用微控制器更快速地反应失效。失效检测电压阀值和可配置的定时,以适合应用。 
DC-DC转换器调节输入由PS-2406内的专用DAC驱动,是在器件I2C接口控制下。此技术可以精确的调整设置,并可用系统软件驱动。这可以很容易实现软件基性能,如长期输出电压稳定性和自动容限控制。 
所有电压阀值都是基于一个内部基准,而且比总精度好0.5%,而时间延迟和数字滤波器从器件时钟获得时间值。时间值可以特别精确,特别是时钟由晶振或陶瓷谐振器控制。 


PS-2406的I2C接口允许板控制器实时读所有输出电压,这能全面地实现电源系统监视。假若需要,可以增加电流分路,通过I2C接口可进行输出电流测量。当PS-1006用于初端管理时(图1),也可以通过次端I2C接口控制初端状态。PS-1006可以测量初端参量和通过隔离的PI-Link接口向PS-2406报告状态。这些参量包括输入电压、输出电流、保险丝状态、输入过压和节电。


一旦设计通过,相同的配置文件用于板装配和测试时的所有单元。性能在单元之间是一致的,而且不变化,这不像模拟设计中元件容差会导致变化。 


启动时序 


在任何复杂板上电源系统中,全部设计工作的一个显著部分需要定义和实现电源管理功能,这是控制和电源转换器监控所需的功能。电源管理功能包括启动和关闭定序及跟踪,实时电压、电流测量和读出,失效保护和输出电压调整控制。很多应用要求电源系统的初端部分和次端部分之间隔离,当需要远程读出系统电压和电流时,会使设计变得复杂。此外,在开发相关产品时,特别是电源系统嵌入在电路板上,其要求势必会有显著的变化。


传统的电源系统设计靠分立的模拟电路实现电源管理功能,靠放大器、比较器和RC时间延迟设置参量。随着设计进行,任何的变化都要求元件改变,并经常需要重新加工印刷电路板。采用专门数字电源管理器件,允许通过配置软件来设置工作参量,而不是电路元件。采用这种方法,在设计进行期间根据需要可容易地改变参量,而不需要做硬件改变。 


配置软件 


所有的PS-2406功能都是用有关的PowerCenterDesigner配置软件。电源转换器的初始配置(电源拓扑)和所需要的启动时序,通过屏幕上的图像和检查框图形输入。


一旦电源拓扑输入,在参量输入屏上配置工作参量(如电压电平、时间延迟、电压调整设置和GPIO引脚功能)。可以分开设置每个轨的过压和检测时间参量。过压检测也适合于中间总线电压检测。为了进一步简化设计过程,所有的参量在Power Center Designer软件中,自动设置到典型的缺省值,而设计人员只需要细调少数值以适合应用。 


当所有参量根据要求输入后,通过I2C端口用编程缆线把它们下载到PS-2406。若在开发期间需要调整任何参量,则可以编辑和重新装载,只需几分钟,而不需要从板上拆去可能的器件。


若把通用微控制器用做电源管理,必须为每个应用开发定制软件,而实现修改是复杂的。需要扩大测试来确认在所有功能和失效条件下软件的正确逻辑性能。 
用一个专门为电源管理应用设计的器件,其内部逻辑是预先确定的,而只是改变配置来适合不同的应用。改变配置只需几分钟、而不需要开发和测试任何定制软件。 
专门数字电源管理控制器可使末端产品性能得到很大改善,允许把电源系统监控完全集成到产品管理软件中。



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