數位電源系統管理(DPSM)允許設計者在原型產生、部署和現場運行階段,簡化和加速系統特性測試、系統最佳化和資料採擷。在這類系統中採用DPSM方法可監視電壓穩壓器性能、報告穩壓器的健康狀況,以便採取糾正措施,防止穩壓器超出性能規格範圍甚至出現故障。DPSM允許使用者依據從負載和系統收集到的資訊採取行動,提供以下益處:

˙更快速上市:無需重新設計PCB就可更改電源參數,還能快速進行系統特性測試、系統最佳化和資料採擷。 ˙負載級益處:隨時間和溫度變化控制電源準確度、調節裕度以測試FPGA容限,並可透過減載提高系統效率。 ˙系統級益處:使用數位化電路板級電源診斷方法、監視和確定整個系統的功耗,以及獲得故障管理/故障記錄。 ˙部署益處:得知功耗趨勢、檢測隨時間變化的波動和變化,進行預測性資料分析,最大限度降低運作成本,還可進行能源管理決策。

在開發階段,通過簡單的個人電腦(PC)連接對類比電源進行數位控制尤其有用,可讓系統快速進入正常運行狀態。在有些電路板上,可能有多達50個負載點(POL)電壓軌,系統設計者要能夠快速方便地監視和調節電源電壓、對電源進行上升/下降排序、設定工作電壓限制,以及讀取如電壓、電流和溫度參數,並能夠存取詳細的故障記錄。在這樣的系統中,要保持對電壓軌的嚴格控制同時實現最高性能,高準確度是極其重要的。

DPSM很快地在許多系統中獲得了採用,因為這種系統管理能夠針對電源系統提供準確的資訊,並能夠自主地控制和檢查很多電壓。凌力爾特(Linear Technology)已提供了幾種能夠實現這類功能的數位電源產品,而不久前推出的LTC3886就是一個例子。

新產品是一款60V輸入雙輸出同步降壓DPSM控制器,可產生高達13.8V的輸出電壓。這種較高的輸入電壓非常適合用於在工廠自動化、工業、醫療、通訊和航空電子應用中常見的嚴酷環境。

該晶片可配置為雙或單組輸出,並可疊置為多達6個相位,以支援高達120A的負載電流。兩、3、4或6相運行的交錯時脈相位降低了輸入和輸出漣波,因此降低輸入和輸出電容。其串列I2C介面使系統設計者和遠端操作人員能夠透過命令設定並監視系統的電源狀態和功耗。由於能夠以數位化方式改變電源參數,因此可縮短產品上市時間和當機時間,因為無需一般情況下需要對實體硬體、電路或系統用料的更改。

20170720TA01P1 圖1 將48VIN轉換至5V/15A和12V/15A的原理圖。

LTC3886的兩線序列介面允許對輸出進行裕度調節、微調,以及按照排序延遲時間以可設定的轉換率使輸出斜坡上升和下降。輸入和輸出電流及電壓、輸出功率、溫度、執行時間和峰值都是可讀的。

GUI介面為DPSM產品與已有嵌入式系統和架構、板裝控制器(BMC)及智慧平台管理介面(IPMI)功能的無縫整合提供了工具。為達簡便易用的目的,尤其是在最早的硬體開發和測試階段,很常見的做法,是透過在PC上運行的GUI和透過一個USB至PMBus通訊轉換器工具(常稱為加密狗)連接DPSM元件。GUI可針對功耗、電壓、排序、裕度調節甚至故障日誌記錄等關鍵運行參數提供控 制和監視。

既然對系統電路而言,有50或更多個電源軌並非不常見,因此這類電路板上通常密集排列著電子元件,DPSM電路不可能佔據太大的空間。此外,必須非常容易地使用並能夠控制大量軌。如此的解決方案必須自主運行,或者與一個系統主處理器通訊,以獲得命令、實現控制並報告遙測資訊。

結論

DPSM為系統設計者提供了一項工具,使他們能夠用簡單的PC連接和數位介面控制電源。在開發和調試階段,這種能力很寶貴,其使設計者能夠讓系統快速進入正常運行狀態,並能夠控制和調節電源電壓、極限值和排序。裕度測試更容易了,因為整個測試都可以用幾條透過I2C/PMBus傳送的命令來控制。

DPSM為使用者提供了功耗資料,允許做出智慧能量管理決策,如此可降低總體功耗。有關電源健康狀況的電源系統資料可以發回給OEM,從而有效打開了與DC/DC轉換器有關的盲點。透過檢測穩壓器輸出電壓隨時間的漂移或過熱情況,並進而採取行動,能夠防止可能發生的故障事件。如果電路板被送返,則可回讀故障記錄,以判斷發生了什麼故障、故障發生時的電路板溫及故障發生時間。這些資料可用來快速確定發生故障的根本原因,或者確定系統運行時是否超出了規定的工作限度,或者用來改善未來產品的設計。就軌數很多的系統和希望避免電壓軌盲點的OEM而言,數位電源系統管理的確是一項強大的工具。