发挥软件定义电源的潜能

实际的软件定义电源

联网为把电源转换器从一个个孤岛改变为协作系统中的一个个单元提供了催化剂，这种协作系统能够响应位于软件定义的电源架构核心的中央控制器命令。开放标准PMBus是一个理想的媒介。市场上已经有兼容PMBus的前端交直流电源、数字负载点和IBC，它们为电源供应商开始为客户搭建软件定义的电源架构起到了关键的推动作用。


图2：开放标准PMBus为连接软件定义的电源架构中的转换器提供了理想的媒介。

软件定义电源正在增值的电源供电应用中快速获得普及。在这些系统中，数字电源的特性已经在向设计公司和最终用户提供经济上的好处。

不过设计人员需要时间创建模型和开发算法，以便充分发挥软件定义电源的优势。有些人可能会先在电路板级实现软件控制，后面再将机架和大功率转换级部分引入软件定义的架构。也有些人从大功率级开始，然后将软件控制向前延伸到栅极和电路板级。此外，早期的控制算法可能比较简单，只需依靠少量几个参数，但随着时间的推移，由于要更详细地分析更大的数据集，算法也会变得越来越复杂。

随着熟悉程度的加深，以及越来越多经过验证的设计被快速高效地复用进后面的项目，未来的设计师将能快速交付新的项目，并它精力集中在开发具有额外附加值的功能上，其中就包括预见性维护，这将有助于增强诸如正常运行时间等关键的性能指标，同时通过减少设备替换率降低资本成本。

CUI已经在诸如3kW PSE-3000的前端交直流电源、Novum系列数字IBC和非隔离式直流直流数字负载点(POL)转换器中实现了PMBus连接。使用工业标准协议与转换器通信的能力可以帮助设计师构建联网的、可数字控制的电源架构。

IBC可以提供各种标准砖尺寸，并且支持动态总线电压(DBV)，后者允许随着负载条件的改变通过调整IBC电压来优化转换效率。电压可以通过PMBus设置，或通过安装于IBC一体化ARM微控制器上的电源优化固件进行设置。IBC级的DBV，就像负载点的AVS一样，在最大化效率方面极有成效，方法是通过调整功率包络来适应负载条件，进而最大程度地减少浪费的能量。除了设置IBC电压外，PMBus接口还允许对电压余量、故障管理、精密延时爬升和启/停进行中央控制。

Novum负载点转换器允许PMBus命令控制与IBC模块内相似的因素，也允许软件控制电压定序和跟踪。

为了说明通过自动适应电源结构而可能实现的节能效果，考虑将平均效率为95%的一个前端交直流电源、工作效率为93%的一个IBC和一个工作效率为88%的负载点组合在一起。在所有三个转换器上，22.2%的输入功率以热量形式散发。如果每级效率只增加1%，能量损失可以减少到19.6%，相当于12%的改进，这可是相当显著的改进。另外，冷却负载的减少还能带来额外的能量节省。

未来

随着软件定义的电源架构在数据中心和电信办公楼的普及，这个行业需要依赖不同供应商提供的电源模块之间的互操作性。虽然PMBus在一定程度上实现了模块间连接的标准化，但有些命令开放解释，当与不同制造商的转换器一起使用时可能产生不同的结果。为了克服这个问题，由CUI、爱立信电源模块和村田公司组成的AMP GroupTM(现代电源架构师)通过合作对包括PMBus命令响应在内的诸多软件方面进行了标准化，并对诸如外形尺寸和引脚配置等机械细节也进行了标准化。


图3：AMP Group成立的目的是专门为软件定义的电源应用合作开发多源解决方案。

本文小结

软件定义的电源架构不仅可以在设计阶段提供效率改进和节能，而且能够降低基础设施主人所需的运营成本。更多的优势包括提高了可靠性以及实现可预见维护的机会，最终实现更长的正常运行时间。从基于模拟的电源架构转变为软件定义的电源架构正在快速进行中。随着电源设计人员对这种技术的不断熟悉，他们将能够快速和极具成本效益地提供越来越全面的、高效的和可靠的系统。