【導(dǎo)讀】在今天的新式電子系統(tǒng)中，了解電壓穩(wěn)壓器的工作狀態(tài)也許是最后存在的盲點(diǎn)了，因?yàn)槿藗兺ǔ](méi)有辦法直接配置或遠(yuǎn)程監(jiān)視關(guān)鍵的工作參數(shù)。而當(dāng)穩(wěn)壓器輸出電壓漂移或在過(guò)熱情況下，了解這些參數(shù)對(duì)于可靠運(yùn)行通常是至關(guān)重要的，必須檢測(cè)到這些參數(shù)并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果采取行動(dòng)，以防止可能發(fā)生的故障事件。
數(shù)字電源系統(tǒng)管理 (DPSM) 允許設(shè)計(jì)師在原型產(chǎn)生、部署和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行階段，簡(jiǎn)化和加速系統(tǒng)特性測(cè)試、系統(tǒng)優(yōu)化和數(shù)據(jù)挖掘。在這類系統(tǒng)中采用 DPSM 方法可監(jiān)視電壓穩(wěn)壓器性能、報(bào)告穩(wěn)壓器的健康狀況，以便采取糾正措施，防止穩(wěn)壓器超出性能規(guī)格范圍甚至出現(xiàn)故障。DPSM 允許用戶依據(jù)從負(fù)載和系統(tǒng)收集到的信息采取行動(dòng)，提供以下益處：
更快速上市
- 無(wú)需重新設(shè)計(jì) PCB 就可更改電源參數(shù)
- 快速進(jìn)行系統(tǒng)特性測(cè)試、系統(tǒng)優(yōu)化和數(shù)據(jù)挖掘
負(fù)載級(jí)益處
- 隨時(shí)間和溫度變化控制電源準(zhǔn)確度
- 調(diào)節(jié)裕度以測(cè)試 FPGA 容限
- 通過(guò)減載提高系統(tǒng)效率
系統(tǒng)級(jí)益處
- 使用數(shù)字化電路板級(jí)電源診斷方法
- 監(jiān)視和確定整個(gè)系統(tǒng)的功耗
- 故障管理 / 故障記錄
部署益處
- 功耗趨勢(shì)、檢測(cè)隨時(shí)間變化的波動(dòng)和變化
- 進(jìn)行預(yù)測(cè)性數(shù)據(jù)分析，最大限度降低運(yùn)行成本
- 做出能源管理決策
在開(kāi)發(fā)階段，通過(guò)簡(jiǎn)單的 PC 連接對(duì)模擬電源進(jìn)行數(shù)字控制尤其有用，可讓系統(tǒng)快速進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。在有些電路板上，可能有多達(dá) 50 個(gè)負(fù)載點(diǎn) (POL) 電壓軌，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師要能夠快速方便地監(jiān)視和調(diào)節(jié)電源電壓、對(duì)電源進(jìn)行上升 / 下降排序、設(shè)定工作電壓限制以及讀取如電壓、電流和溫度參數(shù)，并能夠訪問(wèn)詳細(xì)的故障記錄。在這樣的系統(tǒng)中，要保持對(duì)電壓軌的嚴(yán)格控制同時(shí)實(shí)現(xiàn)最高性能，高準(zhǔn)確度是極其重要的。
DPSM 很快在很多系統(tǒng)中得到了采用，因?yàn)檫@種系統(tǒng)管理能夠針對(duì)電源系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的信息，并能夠自主地控制和檢查很多電壓。凌力爾特提供了幾種能夠?qū)崿F(xiàn)這類功能的數(shù)字電源產(chǎn)品，不久前推出的 LTC3886 就是一個(gè)例子。
LTC3886 是一款 60V 輸入雙輸出同步降壓型 DPSM 控制器，可產(chǎn)生高達(dá) 13.8V 的輸出電壓。這種較高的輸入電壓非常適合用于在工廠自動(dòng)化、工業(yè)、醫(yī)療、通信和航空電子應(yīng)用中常見(jiàn)的嚴(yán)酷環(huán)境。
LTC3886 可配置為雙或單輸出，并可疊置為多達(dá) 6 個(gè)相位，以支持高達(dá) 120A 的負(fù)載電流。兩、3、4 或 6 相運(yùn)行的交錯(cuò)時(shí)鐘相位降低了輸入和輸出紋波，從而降低了輸入和輸出電容。其串行 I2C 接口使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和遠(yuǎn)程操作人員能夠通過(guò)命令設(shè)定并監(jiān)察系統(tǒng)的電源狀態(tài)和功耗。能夠以數(shù)字化方式改變電源參數(shù)，可縮短產(chǎn)品上市時(shí)間和宕機(jī)時(shí)間，因?yàn)闊o(wú)需一般情況下需要對(duì)物理硬件、電路或系統(tǒng)用料的更改。
圖 1：將 48VIN 轉(zhuǎn)換至 5V/15A 和 12V/15A 的 LTC3886 原理圖
LTC3886 的兩線串行接口允許對(duì)輸出進(jìn)行裕度調(diào)節(jié)、微調(diào)以及按照排序延遲時(shí)間以可設(shè)定的轉(zhuǎn)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、運(yùn)行時(shí)間和峰值都是可讀的。為了評(píng)估 LTC3886 和凌力爾特的其他 DPSM 產(chǎn)品，必須下載獲獎(jiǎng)的、免費(fèi)提供且易于使用的 LTpowerPlay® GUI。
這個(gè)界面為 DPSM 產(chǎn)品與已有嵌入式系統(tǒng)和架構(gòu)、板裝控制器 (BMC) 以及智能平臺(tái)管理接口 (IPMI) 功能的無(wú)縫集成提供了工具。為了簡(jiǎn)便易用，尤其是在最早的硬件開(kāi)發(fā)和測(cè)試階段，很常見(jiàn)的做法是，通過(guò)在 PC 上運(yùn)行的 GUI 和通過(guò)一個(gè) USB 至 PMBus 通信轉(zhuǎn)換器工具 (常稱為加密狗) 連接 DPSM 器件。GUI 可針對(duì)功耗、電壓、排序、裕度調(diào)節(jié)甚至故障日志記錄等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)提供控制和監(jiān)視。
既然對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)電路板來(lái)說(shuō)，有 50 或更多個(gè)電源軌并非不常見(jiàn)，因此這類電路板上通常密集排列著電子組件，DPSM 電路不可能占據(jù)太大的空間。此外，必須非常容易地使用并能夠控制大量軌。這樣的解決方案必須自主運(yùn)行，或者與一個(gè)系統(tǒng)主處理器通信，以獲得命令、實(shí)現(xiàn)控制并報(bào)告遙測(cè)信息。
結(jié)論
DPSM 為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了一種工具，使他們能夠用簡(jiǎn)單的 PC 連接和數(shù)字接口控制電源。在開(kāi)發(fā)和調(diào)試階段，這種能力很寶貴，使設(shè)計(jì)師能夠讓系統(tǒng)快速進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，并能夠控制和調(diào)節(jié)電源電壓、極限值和排序。裕度測(cè)試更容易了，因?yàn)檎麄€(gè)測(cè)試都可以用幾條通過(guò) I2C/PMBus 傳送的命令來(lái)控制。
DPSM 為用戶提供了功耗數(shù)據(jù)，允許做出智能能量管理決策，這可以降低總體功耗。有關(guān)電源健康狀況的電源系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以發(fā)回給 OEM，從而有效打開(kāi)了與 DC/DC 轉(zhuǎn)換器有關(guān)的盲點(diǎn)。可以檢測(cè)穩(wěn)壓器輸出電壓隨時(shí)間的漂移或過(guò)熱情況，并進(jìn)而采取行動(dòng)，以防止可能發(fā)生的故障事件。如果電路板被返回，可以回讀故障記錄，以決定發(fā)生了什么故障、故障發(fā)生時(shí)的電路板溫和故障發(fā)生時(shí)間。這些數(shù)據(jù)可用來(lái)快速確定發(fā)生故障的根本原因，或者確定系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)是否超出了規(guī)定的工作限度，或者用來(lái)改善未來(lái)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。就軌數(shù)很多的系統(tǒng)和希望避免電壓軌盲點(diǎn)的 OEM 而言，數(shù)字電源系統(tǒng)管理是一種強(qiáng)大的工具。
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