一種控制高軌數系統的流行方法是通過(guò)數字通信總線(xiàn)。這種方法常常稱(chēng)為“數字電源”或“數字電源系統管理 (DPSM)”，能夠使設計師控制、監視和監察幾十個(gè)電壓軌。既然能夠以數字方式改變電源參數，那么就不必像以前那樣，需要更改物理硬件、電路和 / 或系統用料了，因此可縮短產(chǎn)品上市及宕機時(shí)間。

新出現的 DPSM 產(chǎn)品往往支持通過(guò) PMBus 等兩線(xiàn)接口進(jìn)行配置和監視，這是一種基于開(kāi)放標準 I2C 的數字接口協(xié)議。這就為 DPSM 產(chǎn)品與現有嵌入式系統和架構、電路板安裝控制器 (Board Mount Controllers) 以及智能平臺管理接口 (Intelligent Platform Management Interfact) 功能無(wú)縫集成提供了益處。為了實(shí)現簡(jiǎn)單性和易用性，尤其是在硬件開(kāi)發(fā)及測試初期，常常通過(guò)在 PC 上運行的圖形用戶(hù)界面 (GUI) 以及 USB 至 PMBus 通信轉換器工具 (常稱(chēng)為接口轉換板) 連接 DPSM 系統。

在如今的新式電子系統中，最后剩下的“盲點(diǎn)”之一是電源的情況，因為人們通常沒(méi)有辦法直接配置或遠程監視關(guān)鍵工作參數。若要實(shí)現可靠運行，關(guān)鍵是要能夠檢測穩壓器輸出電壓隨時(shí)間的漂移或過(guò)熱情況，并在潛在故障事件發(fā)生之前采取行動(dòng)。憑借 DPSM，系統可以監視電壓穩壓器的性能，并報告其健康情況，以便在穩壓器超出性能規格甚至發(fā)生故障之前能夠采取糾正措施。DPSM 使用戶(hù)能夠根據從負載和系統收集的信息采取行動(dòng)，并具備以下優(yōu)勢：

產(chǎn)品更快上市

• 無(wú)需更改 PCB，就可改變電源參數
• 快速進(jìn)行系統描述、優(yōu)化和數據挖掘

負載級優(yōu)勢

• 隨時(shí)間和溫度變化控制電源準確度
• 通過(guò)裕度調節測試 FPGA 容限
• 通過(guò)減載提高系統效率

系統級優(yōu)勢

• 以數字方式訪(fǎng)問(wèn)電路板級電源診斷數據
• 監視和精確指出系統內各處的功耗
• 故障管理 / 故障記錄

數據中心優(yōu)勢

• 發(fā)現功耗趨勢、檢測隨時(shí)間的波動(dòng)和變化
• 進(jìn)行預測性分析以最大限度降低運行成本
• 做出能源管理決策

PMBus 命令語(yǔ)言是為滿(mǎn)足大型多軌系統的需求而開(kāi)發(fā)的。除了一套嚴密定義的標準命令，符合 PMBus 要求的系統還能夠采用它們自己的專(zhuān)有命令，以提供創(chuàng )新的增值功能。大部分命令及數據格式實(shí)現了標準化，這對生產(chǎn)這類(lèi)系統電路板的 OEM 而言是一大優(yōu)勢。該協(xié)議通過(guò)業(yè)界標準 SMBusTM 串行接口實(shí)現，能夠編程、控制和實(shí)時(shí)監視電源轉換產(chǎn)品。命令語(yǔ)言和數據格式標準化使 OEM 能夠非常容易地開(kāi)發(fā)和重用固件，結果電源系統設計師可以讓產(chǎn)品更快上市。如需了解更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)：http://pmbus.org。憑借超過(guò) 75 種 PMBus 標準命令功能，用戶(hù)可以利用這一最流行的開(kāi)放標準電源管理協(xié)議之一，全面控制其電源系統的運行。

尤其是在數據中心中，關(guān)鍵挑戰是降低總體功耗。通過(guò)重新安排未得到充分利用的服務(wù)器之使用，并根據所消耗的功率關(guān)閉其他一些服務(wù)器，就有可能解決這一難題。為了滿(mǎn)足這些需求，必須清楚設備的功耗。DPSM 可以為用戶(hù)提供功耗數據，從而允許實(shí)時(shí)做出明智的能源管理決策。DPSM 正在迅速得到采用，因為這種系統能夠提供有關(guān)電源系統的準確信息，而且能夠自主控制和監察很多電壓。凌力爾特公司有幾款具備這些功能的數字電源產(chǎn)品，而最近發(fā)布的 LTC3882 就是其中之一。

DPSM DC/DC 控制器

LTC3882 是一款雙輸出多相同步降壓型 DC/DC 控制器，具備串行數字接口。該器件采用先進(jìn)的調制電壓模式進(jìn)行控制，實(shí)現了卓越的瞬態(tài)響應，并能夠使用 DCR 非常低 (0.25 mΩ) 的電感器工作，從而允許實(shí)現更高的效率和每輸出高達 40A 的電流。兼容傳動(dòng)系統包括 DrMOS、電源構件或分立式 FET 驅動(dòng)器以及 N 溝道 MOSFET。其數字接口使系統設計師和遠程操作員能夠控制和監測系統電源情況及功耗。既然能夠以數字方式改變電源參數，那么就不必像以前那樣需要更改物理硬件、電路和 / 或系統用料了，從而可加快產(chǎn)品上市及縮短宕機時(shí)間。

LTC3882 的兩線(xiàn)串行接口允許對輸出進(jìn)行裕度調節和微調，并依據基于時(shí)間或基于電壓的排序延遲時(shí)間，使輸出以可編程轉換率斜坡上升和下降。輸入和輸出電流及電壓、輸出功率、溫度、運行時(shí)間以及峰值都是可讀取的。該器件由快速雙模擬控制環(huán)路、精確的混合信號電路以及 EEPROM 組成，采用 6mm x 6mm QFN-40 封裝。

為了評估 LTC3882 的性能，凌力爾特提供了 LTpowerPlay™ GUI (可免費下載)、USB 至 PMBus 轉換器以及演示電路板。憑借隨溫度變化僅為 ±0.5% 的最大 DC 輸出誤差、±1% 的電流回讀準確度、集成的 16 位增量累加 ADC 和 EEPROM，LTC3882 整合了出色的模擬開(kāi)關(guān)穩壓器性能和精確的混合信號數據采集。該器件在 3V 至 38V 的輸入電源電壓范圍內工作，提供 0.5V 至 5.25V 的輸出電壓。兩個(gè)通道可以準確均流，以提供高達 80A 的電流。多達 4 個(gè) LTC3882 可以并聯(lián)運行，以實(shí)現 2、3、4、6 或 8 相工作。啟動(dòng)時(shí)，輸出電壓、開(kāi)關(guān)頻率和通道相位角的分配可由引腳搭接電阻器設定或從內部 EEPROM 加載。以下是 LTC3882 的簡(jiǎn)化原理圖，采用 DrMOS 作為傳動(dòng)系統，從 12V 標稱(chēng)輸入提供 1V/80A 輸出。

圖 1：兩相單輸出 LTC3882 應用原理圖

輸出電壓裕度

人們常常需要調節幾個(gè)電壓軌的裕度，使其達到特定電壓，并需要檢查裕度調節之后每個(gè)軌的電壓值。采用 DPSM 可以簡(jiǎn)化并加速這個(gè)過(guò)程。圖 2 顯示，配置為兩個(gè)輸出的 LTC3882 輸出電壓是怎樣響應一個(gè) 7.5% 低裕度 PMBus 命令。標稱(chēng) 1V 的輸出變?yōu)?0.92V，標稱(chēng) 1.8V 的輸出變成 1.66V。通過(guò) LTpowerPlay 可以將這一功能擴展至 72 個(gè)電壓軌，從而可非常容易地進(jìn)行裕度調節，并驗證所設定的電壓值。

圖 2：輸出電壓回讀，采用 LTC3882 的 DPSM，對 VOUT 進(jìn)行低 7.5% 的裕度調節

用于真實(shí)應用的數字電源系統管理

一個(gè)系統電路板有超過(guò) 30 個(gè)電源軌的情況是很常見(jiàn)。這類(lèi)型的電路板通常組件排列密集，DPSM 電路不能占用太大空間。此外，DPSM 電路必須易于使用，必須控制大量的電壓軌。而且這種解決方案必須自主工作，或者與系統主處理器通信，以獲取命令、實(shí)現控制并報告遙測信息。

凌力爾特的 LTM4676、LTC2977、LTC2974、LTC3882 和 LTC3883 可以組合起來(lái)，在一節 I2C 總線(xiàn)上控制多達 72 個(gè)電壓。LTM4676 和 LTC3882產(chǎn)生并管理兩個(gè)大電流軌。LTC3883 產(chǎn)生并管理一個(gè)大電流輸出。LTC2977 管理多達 8 個(gè)電源軌，而 LTC2974 則管理 4 個(gè)電源軌。

圖 3 顯示，怎樣用各種不同的凌力爾特µModule (微型模塊) 穩壓器、管理器和 DC/DC 控制器控制一個(gè)多電壓軌系統。這些電壓軌通常對于排序、電壓準確度、過(guò)流和過(guò)壓限制、裕度調節以及監察都有嚴格要求。

圖 3：通過(guò) I2C/PMBus  控制 19 個(gè)電壓軌的方框圖

結論

DPSM 為系統設計師提供了一種機制，以用簡(jiǎn)單的 PC 連接或現有系統主處理器來(lái)控制電源。在開(kāi)發(fā)和調試階段，這種功能非常有用，能夠使設計師快速搭建并運行系統，而且無(wú)需更改物理硬件、電路和 / 或系統用料，就能夠控制和調節電源電壓、限制值以及排序。

裕度測試也更加容易進(jìn)行了，因為整個(gè)測試都可以用幾條命令并通過(guò) I2C/PMBus 加以控制。DPSM 可以為用戶(hù)提供功耗數據，從而允許做出明智的能源管理決策，這有助于降低總體功耗。有關(guān)電源健康狀況的電源系統數據可以發(fā)回給 OEM，從而有效地掀開(kāi)了獲取 DC/DC 轉換器健康狀況數據時(shí)遇到的“盲點(diǎn)”。穩壓器輸出電壓隨時(shí)間的漂移也可以檢測，并能夠在潛在故障事件發(fā)生之前采取行動(dòng)。如果一塊電路板被返回，就可以回讀故障記錄，以確定發(fā)生了什么故障、發(fā)生故障時(shí)的電路板溫度以及發(fā)生故障的時(shí)間。這些數據可用來(lái)快速確定根本原因，或者系統工作時(shí)是否超出了所規定的限度，還可用來(lái)改善未來(lái)的產(chǎn)品設計。對于高軌數系統和想要控制其電源系統的 OEM 而言，數字電源系統管理是一種強大的工具。