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数字电源体系:信息监测无缝隙

由于没有方法直接配置或监视其关键电源系统的工作参数,因此电源设计师一直被迫使用一堆混杂在一起的排序器、微控制器和电压监察器,以设定

因为没有办法直接装备或监督其要害电源体系的作业参数,因而电源规划师一向被逼运用一堆稠浊在一起的排序器、微操控器和电压督查器,以设定发动、安全等根本的稳压器功用。尽管数字可编程DC/DC转化器投入运用已有多年(最为明显的便是在选用VID输出电压操控的VRM内核电源),但一向缺少直接从稳压器来监督作业状况信息(特别是实时电流)的才能。数字电源体系办理能经过计算机接口设定和监督各种不同的电源参数,正在消除这个“盲点”。可编程参数包含输出电压、排序、盯梢、多个轨的推迟和斜坡、过流约束和过压约束设定点以及作业频率。数字电源体系办理还能回读遥测数据并陈述输入电压、输出电压/电流、温度乃至毛病等。

  网络设备的体系规划师正被逼进步体系的数据吞吐量和功用,也在被逼添加功用。一起,他们也面临着下降体系整体功耗的压力。数据中心的应战是,重新安排作业流程,将作业转移到未充分使用的服务器上,然后答应其他服务器关机,以此下降整体功耗。为了满意这些需求,知道最终用户设备的功耗是至关重要的。一个规划妥当的数字电源办理体系能为用户供给功耗数据,然后答应智能地做出动力办理决策。

  多轨电路板级电源体系

  大多数嵌入式体系都是经过48V背板供电的。这个电压一般降压至较低的中心总线电压(如12V),以给体系内机架的电路板供电。不过,这些电路板上的大多数子电路或IC都要求在低于1~3.3V的电压范围内、以数十mA至数百A的电流作业。因而,需求负载点(POL)DC/DC转化器,以从中心总线电压降压至子电路或IC所需求的电压。这些轨一般对排序、电压精确度、裕度调理和督查有严格要求。

  在一个数据通讯、电信或存储体系中,有多达20个POL电压轨的状况并非不常见,因而体系规划师需求一种简略的办法来办理这些轨的输出电压、排序和最大可答应电流要求。许多处理器都要求I/O电压先于内核电压上升,而某些DSP则要求内核电压先于I/O电压上升。断电排序也是必要的。因而,规划师需求十分简单地进行更改,以优化体系功用,并需求为每一个DC/DC转化器贮存一套特定装备,以简化规划作业。

  为了维护贵重的ASIC免受或许呈现的过压状况的危害,高速比较器有必要监督每个轨的电压值,并且假如某个轨超出了规则的安全作业约束,就当即采纳维护举动。在数字电源体系中,能够经过PMBus报警线告诉主机发生了毛病,并且能够关断隶属轨,以维护受电器材(如ASIC)。要完成这一点,需求合理的精确度和数十μs的呼应时刻。

  LTC3880/-1能供给高度精确的数字电源体系办理,具高分辨率可编程性和快速遥测数据回读,可实时操控并监督要害的负载点转化器功用。该器材是一款双输出、高功率、同步降压型DC/DC操控器,供给根据I2C并具超越100条指令的PMBus接口和内置的EEPROM。该器材兼有最佳的模仿开关稳压操控器和精准混合信号数据转化,可无与伦比地完成电源体系的易规划性和易办理性,并得到了具易用型图形用户界面(GUI)的LTpowerPlay软件开发体系的支撑。图1显现了一个典型的运用原理图。

图1 典型的LTC3880运用原理图

  LTC3880/-1可调理两个独立的输出,或装备为两相单输出。多达6相能够交织和并联,以在多个IC之间完成精确的均流,然后最大极限地下降了对大电流或多输出运用的输入和输出滤波要求。内置的差分放大器供给真实的远端输出电压采样。集成的极驱动器在4.5~24V的输入电压范围内为一切N沟道功率MOSFET供电。该器材可在整个作业温度范围内,以每相高达30A的输出电流发生高达5.5V,而输出电压的精确度为±0.50%。包含多个芯片的精确守时和根据事情的排序答应杂乱的多轨体系完成加电和断电优化。LTC3880有一个内置LDO,为操控器和栅极驱动器供电,而LTC3880-1答应运用一个外部偏置电压,以完成最高功率。这两款器材都选用耐热增强6mm×6mm QFN-40封装

  操控接口用于数字电源体系办理

  开发PMBus指令言语的意图是满意大型多轨体系的需求,PMBus是一种敞开的规范电源办理协议,选用全面界说的指令言语,为与电源转化器电源办理器件和体系主处理器通讯供给了便利。除了一套界说齐备的规范指令,PMBus兼容设备还能够选用自己的专门指令,认为设定和监督POL DC/DC转化器供给立异性办法。该协议经过业界规范SMBus串行接口完成,可设定、操控和实时监督电源转化产品。指令言语和数据格式规范化答应十分简单地开发固件,然后加速了产品上市。

  LTC3880/-1的可编程操控参数包含输出电压、裕度调理、电流约束、输入和输出督查约束、上电排序和盯梢、开关频率,以及辨认和可盯梢性数据。内置的精准数据转化器和EEPROM答应搜集稳压器装备设定值和遥测变量值,包含输入和输出电压及电流、占空比、温度以及毛病记载,并对这些设定值和变量值进行非易失性存储。表1显现了一些可用 LTC3880/-1设定的参数、该器材的高分辨率遥测回读才能,以及同类可代替解决方案的分辨率和精确度。

  LTC3880/-1的装备十分简单经过该器材的I2C串行接口保存到内部EEPROM中。因为装备存储在芯片中,所以该操控器能够自主上电,而无须添加主处理器的担负。输出电压、开关频率、相位和器材地址的缺省设定值可选择经过外部电阻器分压器装备。多种规划能够十分简单地在固件中校准和装备,认为一系列运用优化单个硬件规划

  模仿操控环路

  LTC3880/-1是一种数字可编程操控器,可完成许多种功用,如操控输出电压、电流约束设定点和排序,等等,该器材还有一个模仿反应操控环路,以完成最佳环路稳定性和瞬态呼应,且不会发生数字操控环路那样的量化效应。图2显现了一个操控器IC的不同斜坡曲线,该IC具模仿反应操控环路(LTC3880)和数字反应操控环路。模仿环路有一个滑润的斜坡,而数字环路像一个阶跃函数,或许导致以下问题:稳定性、较慢的瞬态呼应、在有些运用中需求较大的输出%&&&&&%以及引起较大输出纹波的数字环路量化效应。

图2 LTC3880的模仿操控环路和数字操控环路

图3 LTC3880模仿环路与数字操控环路的瞬态呼应比较

  此外,因为ADC、数字补偿器和数字PWM的存在,因而视ADC分辨率和环路规划的不同而不同,数字操控环路的量化效应额定增大了输出纹波的电压。比照之下,模仿操控环路没有这种额定添加的输出纹波电压。

  定论

  数字电源体系办理的首要长处之一是规划本钱的下降以及产品面市进程的加速。选用一种具有直观图形用户界面(GUI)的归纳开发环境,即能够高效地开发杂乱的多电压轨体系。别的,此类体系还可使用GUI(而不是焊接装置)来进行相关的调整,然后简化了在线测验(%&&&&&%T)和电路板调试作业。

  另一个好处便是因为有实时遥测数据可用,因而咱们有或许猜测电源体系的毛病,并采纳预防性办法。或许最重要的是,具数字办理功用的DC/DC转化器答应规划师开发“绿色”电源体系,这类体系可重新安排作业流程,将作业转移到未充分使用的服务器上,然后答应其他服务器关机,因而这类体系能决议何时下降整体功耗,以满意方针功用要求。数字电源体系办理可最大极限地下降负载点、电路板、机架乃至装置时的动力消耗,然后下降了基础设施本钱和产品整个寿数期的整体本钱。

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