数字电源控制系统的应用实例

此外，模拟系统中的反馈回路补偿必然是稳定性和动态响应性能之间的折衷。采用数字控制技术时，可能形成根据工作条件改变补偿因子的非线性或自适应控制回路。也就是说，电源或POL变换器在需要时会迅速响应，而在其它情况下则响应较慢。这种技术还有其它优点。对于给定的电压容差而言，需要较少的输出去耦电容，从而节省了成本和元器件空间。数字控制可以实现不连续运行模式下的工作(即电源在极低的负载条件下"跳过"交换周期)，并且不会出现常见的动态负载性能较差的缺点。

数字电源管理

数字电源管理是指以数字方式从内部工作的外面控制和监视板上的电源，例如，控制多个电源导通和关断的顺序，同时确保每个器件都符合其电压裕量规格。这些问题对于确保需要多个电源用于其低压内核和多电压级I/O库的DSP和FPGA这样的器件的正常工作而言至关重要。

如今的数字电源管理系统通常采用由通过数字通信总线与中央控制器件通信的板上安装电源(BMPS)组成的基本架构。BMPS可以是隔离的DC/DC电源模块或者是非隔离的负载点(POL)变换器。中央控制器件也有多种形式，如专用的电源管理IC、微控制器或者FPGA中的空闲门。中央控制器件通常被称为"主控器"(master)或者"主机"(host)，而受控制的BMPS通常是指"从属器件"(slave)。对于绝大多数系统而言，主机具有由单个系统板组成的控制域。在一些大型系统中，这种主机将与系统中其它位置的更高级别的控制器交互，或许甚至通过远距离通信网络与远程设备进行通信。图2是单板电源系统的示例图。

应用示例

随着板上电平数的增加，系统电源管理的复杂性也在相应地提高。对于电压顺序控制而言，必须针对正常的启动和关闭操作以及故障状况对顺序控制的先后顺序、斜升时间和延迟进行控制。所有这些都很容易通过数字管理来实现，并且不需要采用模拟控制和定时元器件。事件驱动型顺序控制也可以轻松进行配置，例如，在导通BMPS #2之前检验BMPS #1的性能参数。

电压裕量用于生产最后阶段的边界测试，以验证器件的鲁棒性。在不同的组合中，电压可能在±5%的范围内变化。采用数字通信总线，这就可以在不到一秒的时间内实现，并且不需要任何额外的硬件或者互连。图3为顺序控制和裕量的示例图。

事实上，数字电源管理在整个电源和系统的生命周期内都有用。在最初的电源生产阶段，自动测试装置(ATE)可以配置输出电压修整、过流、过压和过温跳变点，以及载入日期代码和序列号等参数。在电源系统优化阶段，设计工程师可以通过将总线与膝上型电脑相连，利用与电源相连的数字接口来测量温度、电压和输出电流，从而为故障保护电路设置跳变点以及优化电源顺序控制。

在板和系统的装配和测试阶段，ATE可以采用数字电源管理接口来进行电压裕量测试、电压监视和修整、转换效率的测量以及序列号和日期代码的记录。如果设计工程师在板上放置了一个永久的主机控制器以备正常工作期间使用的话，那么实现复杂的启动和关闭顺序控制就轻而易举了，而且无需额外的元器件和互连。工作温度很容易进行监控以调整系统风扇速度。效率可以进行实时监控，并在故障发生之前检测到性能下降的情况。开发故障检测和管理程序时可以考虑到系统其它位置的状况。

重要的是，采用数字配置不一定在用户的终端系统中甚至在生产过程中需要主机控制器或者数字总线。如果配置要求已知并且相对固定，电源制造商就可以在生产期间轻松地对其进行编程，而无需改动任何硬件。客户可以像对待传统的模拟器件一样使用电源。

作者：Per-Johan Wiberg

战略产品市场营销经理

Ericsson Power Modules公司