利用数字控制技术优化电源系统设计

高功率提高约3%，四分之一砖转换器最大可以输出396W的功率。

　　与此同时，这种数字转换器可以提供相同尺寸下仅输出204W的满幅调整模拟DC/DC转换器的严格±2%电压调整率。转换效率从最大输出功率的约10%开始就超过96%。虽然数字转换器集成有PMBus接口，但你可以忽略它，像任何模拟器件一样轻松地使用这种数字转换器。

　　同样的好处可不同程度地应用于目前市场中出现的越来越广泛的数字电源产品，而且结果是即使拥有丰富经验的电源设计人员也越来越多的接受模块化解决方案。

　　数字可配置能力

　　除了提高以前主导电源设计人员思想的电气性能和功率密度外，数字电源还有许多其它优势。将电源管理硬件和PMBus接口与转换器核心器件集成在一起可以提供大量好处，这些好处贯穿于最终用户应用的整个生命期。

　　重要的是，现在可以在多种场合配置数字转换器，包括最初制造之时、在电源系统设计人员应用的开发阶段、在分销商的仓库里、设备制造时以及在最终用户设备中工作时。这种高度灵活性首次将可编程逻辑模型延伸至电源转换产业。

　　例如，爱立信3E系列数字电源转换器的每位成员都能提供一组可编程参数，包括输出电压选择；针对多轨负载实现上电顺序的打开/关闭延时时间；提供浪涌电流保护的压摆率控制；用于系统测试的电压余量；针对过流、过温、欠压和过压时产生告警和故障状态的多种阈值。甚至还可以调整3E数字转换器控制环路的响应，以便优化在特定负载和大输出电容条件下的性能。图3显示了通过精确调整常数设置3E负载点稳压器控制环路响应以优化给定环境下瞬态响应性能的结果。

　　图3：重新编程数字电源转换器中的控制环路常数可以优化给定工作环境下的动态性能

　　设计人员可以在3E产品生命期内的任何时间点使用转换器的PMBus接口编程其中任何参数。支持这种操作的PMBus协议包含一个标准命令集，这个命令集还可以经过扩展适应定制操作。重要的是，PMBus强制使用一种叫做"设置－遗忘"的模式，允许设计人员一旦完成兼容器件的编程，那么在下次重新编程之前器件都能保持参数设置不变。

　　这个功能开启了包括合理化库存资产的各种可能，因为可以用运行在独立模式的单个可编程数字转换器代替多个固定电压的模拟转换器——也就是说，不需要目标板上有PMBus——进而开发出完全支持PMBus的系统，并有助于通过标记可能出故障的任何告警和错误状态而确保最大的系统运行时间。

　　另外，一个完整支持PMBus的系统可以通过智能管理电源轨电压优化整个系统负载功率范围内的效率而尽可能减小能耗。例如，在轻负载条件下重新编程给多个负载点转换器供电的中间总线电压(比如从12VDC到9VDC)可以降低这些转换器的负担，并最大限度地减小损耗。这种动态总线电压适应技术非常有名，特别适合很大部分时间内负载条件变化很宽的系统，但用模拟转换器技术实现极具挑战性。

　　PMBus支持快速创建原型

　　实现数字电源转换提供的灵活性的关键是尽可能让设计人员容易使用。图4显示了基于传统背板的系统中典型电路板的结构，其中包括了支持电源管理功能的一条通信链路。

　　图4：PMBus使得监视和控制兼容性电源系统器件(如3E系列)变得非常容易

　　在这个案例中，可能包含本地智能的板载电源管理逻辑将电路板的PMBus兼容器件与系统主机链接在一起，而这个主机——取决于最终用户应用的复杂程度——可以是一台运行应用软件的PC，或具有LAN/WAN链路的嵌入式控制器。

　　因为PMBus的物理层依赖于SMBus——电气上非常类似I2C——PMBus一般限用于电路板领域，设计人员可以自由地实现他们所选的背板连接。电路板电源控制逻辑要求通常不是很高，可以使用低成本的微控制器甚至FPGA中的一些空闲门：

　　基于开发的目的，系统主机和用户接口可以由PC组成，同时PC上运行专用的应用开发软件，并通过USB-to-PMBus适配器连接到原型板。这种方法提供了一种特别快速的参数(如输出电压设置、加电顺序例程、电压余量)试验和故障处理方法，被测电路板上不需要做任何硬件改动。当设计人员对设置参数感到满意时，应用软件可以为每个可编程电源转换器保存一个配置文件。图5显示了3E评估套件的软件在器件配置屏幕中呈现的一些选项。

　　图5：3E评估套件的图形用户界面软件可以极大地简化器件配置

　　未来规划

事实上系统的电源要求在特定系列设备的生命期内通常会发生演进。想要做到某种程度上不会过时的设计人员可以充分利用能够提供可扩展功能的电源转换器实现自己的愿望。在通