数字电源系统管理(DPSM)允许设计者在原型产生、部署和现场运行阶段,简化和加速系统特性测试、系统优化和数据挖掘。在这类系统中采用DPSM方法可监视电压稳压器性能、报告稳压器的健康状况,以便采取纠正措施,防止稳压器超出性能规格范围甚至出现故障。DPSM允许用户依据从负载和系统收集到的信息采取行动,提供以下益处:

˙更快速上市:无需重新设计PCB就可更改电源参数,还能快速进行系统特性测试、系统优化和数据挖掘。 ˙负载级益处:随时间和温度变化控制电源准确度、调节裕度以测试FPGA容限,并可透过减载提高系统效率。 ˙系统级益处:使用数字化电路板级电源诊断方法、监视和确定整个系统的功耗,以及获得故障管理/故障记录。 ˙部署益处:得知功耗趋势、检测随时间变化的波动和变化,进行预测性数据分析,最大限度降低运作成本,还可进行能源管理决策。

在开发阶段,通过简单的个人计算机(PC)连接对模拟电源进行数字控制尤其有用,可让系统快速进入正常运行状态。在有些电路板上,可能有多达50个负载点(POL)电压轨,系统设计者要能够快速方便地监视和调节电源电压、对电源进行上升/下降排序、设定工作电压限制,以及读取如电压、电流和温度参数,并能够存取详细的故障记录。在这样的系统中,要保持对电压轨的严格控制同时实现最高性能,高准确度是极其重要的。

DPSM很快地在许多系统中获得了采用,因为这种系统管理能够针对电源系统提供准确的信息,并能够自主地控制和检查很多电压。凌力尔特(Linear Technology)已提供了几种能够实现这类功能的数字电源产品,而不久前推出的LTC3886就是一个例子。

新产品是一款60V输入双输出同步降压DPSM控制器,可产生高达13.8V的输出电压。这种较高的输入电压非常适合用于在工厂自动化、工业、医疗、通讯和航空电子应用中常见的严酷环境。

该芯片可配置为双或单组输出,并可迭置为多达6个相位,以支持高达120A的负载电流。两、3、4或6相运行的交错频率相位降低了输入和输出涟波,因此降低输入和输出电容。其串行I2C接口使系统设计者和远程操作人员能够透过命令设定并监视系统的电源状态和功耗。由于能够以数字化方式改变电源参数,因此可缩短产品上市时间和当机时间,因为无需一般情况下需要对实体硬件、电路或系统用料的更改。

028ednc20170724 图1 将48VIN转换至5V/15A和12V/15A的原理图。

LTC3886的两线串行接口允许对输出进行裕度调节、微调,以及按照排序延迟时间以可设定的转换率使输出斜坡上升和下降。输入和输出电流及电压、输出功率、温度、运行时间和峰值都是可读的。

GUI接口为DPSM产品与已有嵌入式系统和架构、板装控制器(BMC)及智能平台管理接口(IPMI)功能的无缝整合提供了工具。为达简便易用的目的,尤其是在最早的硬件开发和测试阶段,很常见的做法,是透过在PC上运行的GUI和透过一个USB至PMBus通讯转换器工具(常称为加密狗)连接DPSM组件。GUI可针对功耗、电压、排序、裕度调节甚至故障日志记录等关键运行参数提供控 制和监视。

既然对系统电路而言,有50或更多个电源轨并非不常见,因此这类电路板上通常密集排列着电子组件,DPSM电路不可能占据太大的空间。此外,必须非常容易地使用并能够控制大量轨。如此的解决方案必须自主运行,或者与一个系统主处理器通讯,以获得命令、实现控制并报告遥测信息。

结论

DPSM为系统设计者提供了一项工具,使他们能够用简单的PC连接和数字接口控制电源。在开发和调试阶段,这种能力很宝贵,其使设计者能够让系统快速进入正常运行状态,并能够控制和调节电源电压、极限值和排序。裕度测试更容易了,因为整个测试都可以用几条透过I2C/PMBus传送的命令来控制。

DPSM为使用者提供了功耗资料,允许做出智能能量管理决策,如此可降低总体功耗。有关电源健康状况的电源系统数据可以发回给OEM,从而有效打开了与DC/DC转换器有关的盲点。透过检测稳压器输出电压随时间的漂移或过热情况,并进而采取行动,能够防止可能发生的故障事件。如果电路板被送返,则可回读故障记录,以判断发生了什么故障、故障发生时的电路板温及故障发生时间。这些数据可用来快速确定发生故障的根本原因,或者确定系统运行时是否超出了规定的工作限度,或者用来改善未来产品的设计。就轨数很多的系统和希望避免电压轨盲点的OEM而言,数字电源系统管理的确是一项强大的工具。

(作者简介:Bruce Haug/凌力尔特(现隶属ADI)电源产品部资深产品营销工程师)

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