电源系统通信支持数字电源发展

简介

电源子系统目前正在越来越多地集成到整个系统中。电源系统已经从单独的必不可少的危险装置转变成可监控的子系统。当今的系统已经开始将电源子系统视为可控制的外设来对待。这些系统可控制的电源子系统可以实现诸多优势，如节电、排序及裕度调整等。然而，系统设计人员与电源设计人员必须创建他们自己的用户方案，因为尚无任何行业标准作为指导。随着最近对数控电源解决方案的重视，拥有面向电源子系统的标准化系统通信解决方案变得更加重要。新的 PMBus（电源管理总线)、通信协议已经开发成功，用于系统与电源子系统之间的主板和支架 (board-and-shelf) 通信。本文讨论了使用 PMBus 时的设计要求。还将举例讨论标准的电源子系统通信解决方案，从而使我们轻松了解 PMBus 的优势。

电源解决方案的通信

SMBus 是第一批电源子系统通信行业标准中的一个。组织将该总线定义为智能电池系统 (Smart Battery System，SBS) ，即存取总线 (Access bus) 的扩展。存取总线基于具有地址限制的 I²C 总线之上。SMBus 解决方案定义了多主机协议，以满足电池管理要求。多主机要求是因为系统主机及电池会在不同时间进入主机状态。目标是拥有这样的系统：能够由系统控制智能电池的电极 (pole)，但是仍然允许电池请求帮助和配置充电器。该定义还包括总线礼节 (bus etiquette)，如总线 hog 限制及其他超时情况 (time-out)。该协议还解决了许多用户问题，如用户在没有系统通知的情况下进行的自发的电池断路。为了强化协议，还提供了数据包纠错 (Packet Error Checking)。该选项在每个通信数据包末尾包含一个单字节代码 PEC。PEC 是一个 8 位 CRC（循环冗余校验）。

本地电源通信当前使用的另一个标准是智能平台管理接口 (IPMI)。虽然不是为电源通信而专门设计，但在和电源管理相关的许多方面 IPMI 都有用到。与 SMbus 一样，IPMI 也是基于 I²C 的，但是只支持主机模式写入 (Master Mode Write) 而非重启来更改数据总线方向。IPMI 还比 SMBus 进行更多的会话。设备需要请求信息或发送响应。通信数据包的第一部分是连接报头。该部分包括设备地址。该设备将接收数据包与信息，以识别数据包的功能。数据包的第二部分首先是发送数据包的设备地址，然后是命令和数据。每个段的最后部分是校验和，以帮助检测通信问题。

PMBus 特殊利益集团 (SIG) 已经选择将 SMBus 1.1 作为通信协议使用。作为决策的一部分，PMBus SIG 加入了 SBS 组织。除了公共总线之外，电源与电池管理之间还有许多共同利益。PMBus 确实通过采用单个主机简化了协议。

表 1、有关电源使用的通用协议考虑事项

主机设备可能有多个，但是我们将 PMBus 电源设备定义为从属。PMBus 利用 SMBus 告警线路向主机发送信号，通知电源设备需要注意。SMBus Alert 通常不用于电池组 (battery pack) 应用程序中。电池应用程序已经关闭了多主机方法和用于主机通知的电池广播。当 PMBus 设备宣布 PMBus 告警线路之后，该设备将确认 PMBus 告警响应地址 (ARA)。当找到 ARA 之后，告警从属设备将把其地址以接收字节顺序放置在数据字段中。PMBus SIG 已经选择 ARA 方法来降低与主机通知相关的复杂性及相应成本。

PMBus 规范还包括用于每个从设备的可选控制信号 PMBus Control。这个 Control 信号可启用或禁用电源转换器的输出。使用此控制信号的系统需要一个专用的连接，将主机连接至各个从设备或连接至需要这一控制级别的从设备组。尽管这肯定会增加至电源管理的信号走线，但是在需要快速关断的系统中可能会需要此接口。

另一个 PMBus 问题是到设备组的通信（但不是同时到所有设备）。例如，如果系统需要同时启动三个电源转换器，则所有三个转换器都必须接收到同一个命令，以便支持它们各自的输出。在一个通信包内使用重复的启动可以执行此功能。每个设备被逐个单独寻址，但是设备间的通信不会发送停止位。当配置完所有设备之后，再发送停止位，以便触发该操作。另一种方法是使用 PMBus Control行，以便一次性启用所有电源上的输出。

隔离通信
在某些电源应用中，通信线路必须跨越隔离边界。图 1 显示了适用于双向通信线路的光隔离电路。这种方法可用于 PMBus 数据或时钟线路。PMBus 数据线路是双向的，因为它是用于 SMBus 或 IPMI 的同一条线路。即使 IPMI 只使用主机写入 (Master Write) 模式，从设备也必须知道该数据，因此这就要求数据是双向的。