通過數字電源系統管理來控制您的電源

你有沒有覺得，現在到了該控制電源的時候了？如果沒有，你應該考慮一下，因為通過數字通信總線配置和監視電源的趨勢在日益增強。這常常稱為“數字電源”或“數字電源系統管理（DPSM）”。在產生原型機、系統部署和現場運行時，這種方法使設計師能簡化和加速系統特征定義、優化以及數據挖掘。

在如今的新式電子系統中，無法了解穩壓器的狀況和工作狀態也許是尚存的最后一個“盲點”，因為人們通常沒有辦法直接配置或遠程監視穩壓器的關鍵工作參數。然而，要想可靠工作，檢測穩壓器隨時間變化或在過熱情況下的電壓漂移并在潛在故障事件發生之前采取行動是非常關鍵的。對這類系統采用DPSM方法可以監視電壓穩壓器的性能，報告穩壓器的健康情況，這樣就可以在穩壓器超出性能規格甚至發生故障之前采取糾正行動。DPSM使用戶能根據從負載上和系統中收集的信息采取行動，可帶來以下好處：

產品更快上市：

a.無需重新修改PCB，就可改變電源參數

b.快速完成系統特征定義、優化和數據挖掘

負載級好處

a.隨時間和溫度變化控制電源準確度

b.設定裕度以測試FPGA容限

c.通過減載提高系統效率

系統級好處：

a.以數字方式獲取板級電源診斷結果。

b.監視和準確確定系統內部功耗

c.故障管理/故障日志

對數據中心的好處：

a.了解功耗趨勢，檢測隨時間變化而產生的波動和變化

b.進行預測性分析，以最大限度地降低運行費用

c.做出能源管理決策

新的DPSM產品往往支持通過PMBus等兩線接口進行配置和監視，PMBus是一種開放并基于12C標準的數字接口協議。這就為DPSM產品與現有嵌入式系統和架構、板載控制器（BMC）以及智能平臺管理接口（IPMI）功能的集成提供了途徑。就簡單性和易用性而言，尤其是在硬件開發和測試的最早階段，常見的情況是，通過運行在PC上的圖形用戶界面（GUI）和通過USB至PMBus通信轉換器工具（稱為接口轉換板）與DPSM器件互動。GUI可以提供對關鍵工作參數的控制和監視，例如功耗、電壓、排序、裕度設置甚至故障日志記錄。

開發PMBus命令語言的目的是為了滿足大型多軌系統的需求。除了明確定義的一套標準命令，符合PMBus要求的設備還可以采用它們自己專有的命令來提供創新的增值功能。PMBus的大部分命令和數據格式都實現了標準化，這對于生產這類系統板的OEM來說是一大優勢。PMBus協議通過業界標準SMBus串行接口實現，可實現電源轉換產品的設定、控制和實時監視。命令語言和數據格式標準化允許OEM非常容易地進行固件開發和重用，結果是幫助系統設計師加快電源系統的上市進程。如需更多信息，請登錄http：//pmbus.org。憑借超過75種PMBus標準命令功能，用戶可以利用這一最流行的開放標準電源管理協議之一，對電源系統的運行進行全面控制。

DPSM在什么情況下有意義

能用簡單的PC連接對模擬電源進行數字控制，對于在開發階段讓系統快速進入正常運行狀態尤其有價值。一個系統可能有多達30個負載點（POL）電壓軌，系統設計師需要能方便地監視和調節電源電壓，對電源電壓的上升/下降排序，設定工作電壓限制，讀取電壓、電流、溫度等參數，訪問詳細的故障日志。在這類系統中，要對電壓軌保持嚴格的控制同時實現最高性能，高準確度是極端重要的，

尤其是，數據中心的關鍵挑戰是降低總體功耗。這可以通過重新安排使用未充分利用的服務器以及根據所吸取的功率使其他服務器停機來實現。為了滿足這類需求，知道設備的功耗是必不可少的。DPSM可以向用戶提供功耗數據，允許做出智能能源管理決策。

下面來看一個例子：保護昂貴的ASIC免于被可能的過壓情況損壞。高速比較器必須監視每個軌的電壓值，如果某個電壓軌超過了安全工作限制，就立即采取保護行動。當有故障發生時，憑借DPSM，可以通過PMBus報警線路通知主機，而且相關電壓軌可以關斷以保護負載。實現這種程度的保護需要卓越的準確度和非常短的響應時間。

采用DPSM的原因是，它能提供準確的電源系統信息，還能自主控制和檢查很多電壓。凌力爾特有幾款數字電源產品，其中包括LTM4676。

一款DPSM微型模塊穩壓器LTM4676

LTM4676是一款具數字接口的雙輸出13A或單輸出26A微型模塊（μModule）降壓型DC/DC穩壓器，能使系統操作人員遠程發出命令，并監察系統的電源情況和功耗。該器件由快速雙模擬控制環路、精準混合信號電路、EEPROM、功率MOSFET、電感器和支持性組件組成，采用16mmx16mmx5mmBGA（球柵陣列）封裝。除了向負載點供電，LTM4676還可通過PMBus對電源和電源管理參數進行配置和測監視。

LTM4676的兩線串行接口允許對輸出進行裕度控制和微調，并通過對延遲時間排序，以可編程轉換率使輸出斜坡上升或下降。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LTM4676和其他凌力爾特DPSM產品的性能，有必要下載LTpowerPlayGUI，并獲取USB至PMBus轉換器。

LTM4676在溫度變化范圍內具有±1%的最大DC輸出誤差、±2.5%的電流回讀準確度、集成的16位增量累加ADC和EEPROM，提供同類最佳的模擬開關穩壓器性能，能進行精準混合信號數據采集。LTM4676在4.5V至26.5V的輸入電源電壓范圍內工作，將VIN降壓至兩個范圍為0.5V直至5.4V的輸出。兩個通道都能均流，以提供高達26A的電流（即13A+13A作為一個輸出）。多達4個LTM4676器件可以均流，以提供高達100A的輸出電流。該器件不需要對EEPROM的內容進行定制配置。啟動時的輸出電壓、開關頻率和通道相位角分配可以通過引腳搭接電阻器設定。圖l所示是一個將LTM4676用作雙輸出13A微型模塊穩壓器的典型應用，DPSM的用途是進行控制和監視。

設計師常常需要為設定電壓軌的裕度而將電壓軌設定為幾個特定電壓值，并在裕度調節后檢查每個電壓值。用DPSM可簡化和加速這個過程。圖2顯示，一個LTM4676微型模塊穩壓器的幾個輸出電壓怎樣響應一個裕度為低7.5%的PMBus命令。標稱1v的輸出下降至0.92V，標稱1.8V的輸出下降至1.66V。通過LTpowerPlay可以將這個功能擴展至多達72個軌，從而實現了容易得多的裕度控制和電壓設置驗證過程。

LTM4676能用自己專有的輸入電壓給兩個板載DC/DC轉換器供電。圖3顯示了這兩個輸入電壓源的輸入電流波動。這一功能允許獲得功耗數據，以隨時間變化監視趨勢、檢測波動和變化，以做出能源管理決策。

系統板有超過30個電源軌的情況并非不常見。這類系統板通常是密集排列的，DPSM電路不可能占用太多空間。此外，DPSM電路必須易于使用，能控制大量軌。這類解決方案必須自主工作，或與系統主處理器通信，發送命令、實現控制并報告遙測信息。

凌力爾特的LTM4676、LTC2977、LTC2974、LTC3880和LTC3 883可以結合使用，以在一段12C總線上控制多達72個電壓。LTM4676和LTC3880管理并產生多達兩個大電流軌。LTC3883管理并產生一個大電流輸出。LTC2977管理多達8個軌，LTC2974管理4個軌。

圖4顯示了怎樣用不同的凌力爾特微型模塊、管理器和DC/DC控制器控制一個多軌系統。這些軌通常對排序、電壓準確度、過流和過壓限制、裕度以及監察有嚴格要求。

結論

DPSM為系統設計師利用簡單的PC連接和數字接口控制電源提供了工具。在開發和調試階段，擁有DPSM能力非常重要，這使設計師能控制和調節電源電壓、各種限定值和排序，讓系統快速進入正常運行狀態。裕度測試也更容易進行了，因為整個測試都可以通過12C/PMBus、用幾條命令加以控制。

DPSM可以向用戶提供功耗數據，允許做出智能能源管理決策，這可降低總體功耗。有關電源健康狀況的電源系統數據可以送回OEM，有效消除了與DC/DC轉換器有關的盲點。可以檢測隨時間變化或在過熱情況下穩壓器輸出電壓的漂移，并在潛在故障事件發生之前采取行動。如果電路板被返回，那么可以讀取故障日志，以確定發生了哪種故障、電路板溫度以及故障發生的時間。這種數據可用來快速確定根本原因，或者確定系統是否在規定的工作限制之外工作，或者確定未來是否要改進產品的設計。在系統有大量電壓軌和OEM想控制電源系統時，數字電源系統管理是一個強大的工具。