还为用哪种电源发愁吗？数字电源价值与优势探讨

随着各大电源厂商不断的推出新的数字电源产品，数字电源也越来越多的被用户采纳，但如何才能使用户从数字电源中得到最大的利益，一直是电源设计工程师和系统设计工程师的共通目标，本文就以intersil的Zilker系列数字电源为基础，主要介绍了数字电源能够给系统应用带来怎样的价值，以及如何最大限度发挥数字电源的优势。

1. 数字电源的同步和时序控制

通常电源系统的时序和同步控制都需要使用特殊的控制器件来实现，而需要额外增加器件来实现时序控制，即增加了成本还需要在电路板上占有一定的空间，并且是完全由硬件电路实现，没有适应性和扩展性，每做一个新的产品都需要重新进行时序设计和相应的硬件设计。特别是针对复杂的系统来说，每个系统中可能有多达10几路的电源轨需要进行精确的时序设计，一不小心如果有一路时序设计错误，整个系统设计就功亏一篑。而数字电源的应用，让时序和同步控制变得异常简单，Zilker系列数字电源管理芯片使用单线制的DDC总线和SYNC管脚就可轻松实现各路电源轨之间的同步和时序管理，不再需要使用专门的频率同步信号发生器件和时序控制器件，只需通过单线将各芯片的DDC管脚和SYNC管脚分别连接在一起，相应器件的时序和工作的相位就可以进行精确的设定。时序设定是通过配置Pre Sequence和Sequence寄存器实现，同步和相位是通过配置SYNC Output Mode，SYNC Input Mode, SYNC Pin Configure来实现。

而芯片运行的过程中是完全不需要外部控制的，只需事先将配置文件写入芯片中，芯片就可以完全在独立运行的过程中实现精确的排序和同步错相功能了。

下图是通过配置的基于ZL系列数字电源芯片电源轨的开关节点波形图以及输出电压轨的时序控制结果：

图1：电源轨相位交错效果

图2：系统的上电时序控制效果

图3：系统的下电时序控制效果

从上面的图像可以看出，通过配置后电源系统轻松实现了排序、同步和错相等功能，工作状态稳定。同时在使用了数字电源解决方案后，出现错误时也可以通过软件进行及时简单的进行修正，不需要重新花费人力物力来对复杂的硬件进行重新设计，设计人员也可以节省更多的时间去完成对系统处理功能的优化，潜在的经济效益也很大。2.数字电源对系统动态功耗管理的帮助

针对工业界越来越严格的能耗管理需求，为使电源系统能够得到最优化的效能。除了提高电源系统的工作效率，另一个途径就是针对系统处理器芯片工作在不同业务密度时，动态的调节处理器芯片的供电电压来优化处理器的能耗，通常情况下即要实现下面的功能：当系统处在高负荷运转的时候，需要系统有很强的处理能力，让系统达到最高的处理速度和能力，需要相应的提高系统处理器芯片的供电电压;而当系处于低负荷运转的时候，又需要尽可能的把闲散的功能模块屏蔽，不让或者少让其损耗能量，从而相应的降低系统处理器芯片的供电电压。

使用模拟电源方案，电源系统的输出电压是由硬件固定设置的，不能够或者很难进行实时的动态调整。而使用了数字电源方案，我们不仅可以通过接口(Zilker系列数字电源使用标准的I2C/SMBUS接口)和相应的协议(Zilker系列数字电源使用标准协议的PMBus协议)实时的控制电源的输出，而且还可以实时监测电源轨的工作电压、电流、温度等信息(如图4是通过Intersil公司的GUI显示了多路数字电源轨的工作状态)， 这样可以比较容易的实现对系统的动态管理和性能优化了。

图4：系统的动态监控

通常的系统动态电压调节流程图如下图5所示，在调节的过程中需要CPU发送调节指令，对于模拟电源来说，指令是不能够被直接接收和执行的，那么整个调节过程就不能够有效的执行。只有使用了数字电源的系统才能有效的进行相应指令接收和操作，系统动态功耗的管理和优化就变的有操作性了。

图5：根据负载运行状况实时对电源轨电压进行调整3.数字电源应用对系统长期可靠性的帮助

几乎所有的ZL系列数字电源都带有自动补偿功能(Auto Compensation)，数字电源的自动补偿功能用来帮助设计工程师对电源设计中复杂的反馈环路进行设计的辅助工具。

但是使用自动补偿还可以实现其他一些有用的功能，例如帮助提高系统的长期可靠性。

ZL系列数字电源中数字补偿回路的参数包括以下三个参数：Gc,Fn和Q，其中Gc为增益，这个值用来补偿功率通路直流增益的不足，增加低频增益，以达到更加紧密的输出电压调节精度。Fn为自然频率，用来补偿系统中输出滤波器件在谐振频率处产生的双极点，以保证电压的设计更加稳定可靠。而Q值则是一个逼近电源本身输出滤波器件品质因素的参数，当电源本身的品质