| 本文作者
Bruce Haug
凌力爾特公司(現(xiàn)隸屬ADI 公司) 電源產(chǎn)品部 高級產(chǎn)品市場工程師
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了，因為人們通常沒有辦法直接配置或遠程監(jiān)視關(guān)鍵的工作參數(shù)。而當穩(wěn)壓器輸出電壓漂移或在過熱情況下，了解這些參數(shù)對于可靠運行通常是至關(guān)重要的，必須檢測到這些參數(shù)并依據(jù)檢測結(jié)果采取行動，以防止可能發(fā)生的故障事件。
數(shù)字電源系統(tǒng)管理 (DPSM) 允許設計師在原型產(chǎn)生、部署和現(xiàn)場運行階段，簡化和加速系統(tǒng)特性測試、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)從負載和系統(tǒng)收集到的信息采取行動，提供以下益處：
1.更快速上市
- 無需重新設計 PCB 就可更改電源參數(shù)
- 快速進行系統(tǒng)特性測試、系統(tǒng)優(yōu)化和數(shù)據(jù)挖掘
2.負載級益處
- 隨時間和溫度變化控制電源準確度
- 調(diào)節(jié)裕度以測試 FPGA 容限
- 通過減載提高系統(tǒng)效率
3. 系統(tǒng)級益處
- 使用數(shù)字化電路板級電源診斷方法
- 監(jiān)視和確定整個系統(tǒng)的功耗
- 故障管理/故障記錄
4.部署益處
- 功耗趨勢、檢測隨時間變化的波動和變化
- 進行預測性數(shù)據(jù)分析，最大限度降低運行成本
- 做出能源管理決策
在開發(fā)階段，通過簡單的 PC 連接對模擬電源進行數(shù)字控制尤其有用，可讓系統(tǒng)快速進入正常運行狀態(tài)。在有些電路板上，可能有多達 50 個負載點 (POL) 電壓軌，系統(tǒng)設計師要能夠快速方便地監(jiān)視和調(diào)節(jié)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(shù)，并能夠訪問詳細的故障記錄。在這樣的系統(tǒng)中，要保持對電壓軌的嚴格控制同時實現(xiàn)最高性能，高準確度是極其重要的。
DPSM 很快在很多系統(tǒng)中得到了采用，因為這種系統(tǒng)管理能夠針對電源系統(tǒng)提供準確的信息，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 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化、工業(yè)、醫(yī)療、通信和航空電子應用中常見的嚴酷環(huán)境。
LTC3886 可配置為雙或單輸出，并可疊置為多達 6 個相位，以支持高達 120A 的負載電流。兩、3、4 或 6相運行的交錯時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)設計師和遠程操作人員能夠通過命令設定并監(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)品上市時間和宕機時間，因為無需一般情況下需要對物理硬件、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輸出進行裕度調(diào)節(jié)、微調(diào)以及按照排序延遲時間以可設定的轉(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、運行時間和峰值都是可讀的。為了評估 LTC3886 和凌力爾特的其他 DPSM 產(chǎn)品，必須下載獲獎的、免費提供且易于使用的LTpowerPlay® GUI。
這個界面為 DPSM 產(chǎn)品與已有嵌入式系統(tǒng)和架構(gòu)、板裝控制器 (BMC) 以及智能平臺管理接口 (IPMI) 功能的無縫集成提供了工具。為了簡便易用，尤其是在最早的硬件開發(fā)和測試階段，很常見的做法是，通過在 PC 上運行的 GUI 和通過一個 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)鍵運行參數(shù)提供控制和監(jiān)視。
既然對于一個系統(tǒng)電路板來說，有 50 或更多個電源軌并非不常見，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行，或者與一個系統(tǒng)主處理器通信，以獲得命令、實現(xiàn)控制并報告遙測信息。
結(jié)論
DPSM 為系統(tǒng)設計師提供了一種工具，使他們能夠用簡單的 PC 連接和數(shù)字接口控制電源。在開發(fā)和調(diào)試階段，這種能力很寶貴，使設計師能夠讓系統(tǒng)快速進入正常運行狀態(tài)，并能夠控制和調(diào)節(jié)電源電壓、極限值和排序。裕度測試更容易了，因為整個測試都可以用幾條通過I2C/PMBus傳送的命令來控制。
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，從而有效打開了與 DC/DC 轉(zhuǎn)換器有關(guān)的盲點。可以檢測穩(wěn)壓器輸出電壓隨時間的漂移或過熱情況，并進而采取行動，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)生時的電路板溫和故障發(fā)生時間。這些數(shù)據(jù)可用來快速確定發(fā)生故障的根本原因，或者確定系統(tǒng)運行時是否超出了規(guī)定的工作限度，或者用來改善未來產(chǎn)品的設計。就軌數(shù)很多的系統(tǒng)和希望避免電壓軌盲點的 OEM 而言，數(shù)字電源系統(tǒng)管理是一種強大的工具。 |
