系统设计师的数字电源

数字系统管理实现真实应用
大型多轨电源电路板通常包括一个隔离式中间总线转换器，该转换器将 48V、24V 或其他电压从背板转换到较低的中间总线电压 (IBV)，一般是 12V，分布在 PC 板卡各处。单独的负载点 (POL) DC-DC 转换器将 IBV 降压至所需的电压轨，一般在 0.6V 至 5V 范围，电流范围为 0.5A 至 120A。图 2 显示了怎样用凌力尔特各种不同的控制器和 DC/DC 转换器控制一个多轨系统。负载点 DC/DC 可以是自含式模块、单片器件或由 DC-DC 控制器 IC 以及有关的电感、电容和 MOSFET 组成的解决方案。这些轨通常对排序、电压准确度、过流和过压限制、裕度控制以及监察有严格要求。

图 2：通过 I2C / PMBus 控制 15 个电压轨的方框图
SYSTEM HOST PROCESSOR WITH LTpowerPlayTM：采用 LTpowerPlayTM 的系统主处理器
TO OTHER LTC3880’s, LTC2974’s 和 LTC2978’s：至其他 LTC3880、LTC2974 和 LTC2978
显然，电源管理的复杂性在提高，而且电路板有超过 30 个轨也并非不常见。这类电路板是密集排列的，而且数字电源系统管理电路绝对不能占用太多电路板空间。它必须易于使用，并能控制大量电压轨。凌力尔特的 LTC2978 兼有与 LTC3880/-1 及 LTC2874 配合使用必需的所有功能，可通过单条 I2C 总线控制多达 72 个电压。LTC3880/-1 控制、监视和产生多达两个大电流轨。LTC2978 控制和监视多达 8 个轨，而 LTC2974 则控制和监视多达 4 个轨。这类解决方案必须自主工作或与系统主处理器通信以获得指令、实现控制并报告遥测数据。图 3 显示了一个单通道 LTC2978 控制一个 DC/DC 转换器的例子。
 
图 3：LTC2978 控制一个外部 DC/DC 转换器
LOAD：负载
ONE OF EIGHT CHANNELS SHOWN：仅显示了 8 个通道中的 1 个
PMBus 指令语言是为满足大型多轨系统的需求而开发的。除了完备定义的标准指令集以外，PMBus 兼容的
器件还能采用它们自己专有的指令提供创新性增值功能。大多数指令和数据格式的标准化对生产这类系统电路板的原始设备制造商 (OEM) 非常有利。该协议通过业界标准的 SMBus 串行接口实现，并可实现对电源转换产品的设定、控制和实时监视。指令语言和数据格式标准化允许原始设备制造商非常容易地进行固件开发和重用，从而可以帮助电源系统设计师加快产品上市时间。如需更多信息，请访问：http://pmbus.org。
通过超过 75 个 PMBus 标准指令功能，用户用最流行的开放标准电源管理协议之一，就可以全面控制电源系统的工作。通过确定 ALERT 引脚来响应所支持的 PMBus 故障，用户还可以产生系统控制器中断请求。凌力尔特提供的 LTpowerPlay GUI 使用户能非常容易地访问 LTC3880/-1 的工作和设置。
结论
数字电源创造了一种新的电源设计环境，这对几个领域很重要。首先，用简单的 PC 连接对模拟电源进行数字控制，在开发阶段非常有用，使设计师能让系统快速进入正常运行状态。多轨系统的设计师需要一种非常容易的方法来监视、控制和调节电源电压、限制和排序。与传统方法相比，生产裕度测试更容易进行，因为借助几个通过 I2C / PMBus 总线传送的标准指令就可以控制整个测试。
有关电源工作状态的电源系统数据可以回送给原始设备制造商，从而有效打开有关 DC/DC 转换器工作状态的盲点。如果一个电路板被返回，那么故障日志可以回读，以确定发生了什么故障、电路板温度和故障时间。这一数据可用来快速确定根本原因，确定系统是否工作在规定的工作限度之外，或者改进未来产品的设计。
一个恰当设计的数字电源管理系统可为用户提供功耗数据，从而允许做出明智的能量管理决策，这些决策可用来降低总体功耗。数字电源并不能解决所有人的所有问题，不过，就多轨复杂系统和希望跟踪电源系统状态的原始设备制造商而言，数字电源是一种非常有用的工具。