| 本文作者：
Bruce Haug
凌力爾特公司 電源產(chǎn)品部 高級產(chǎn)品市場(chǎng)工程師
(現隸屬 ADI 公司)
在今天的新式電子系統中，了解電壓穩壓器的工作狀態(tài)也許是最后存在的盲點(diǎn)了，因為人們通常沒(méi)有辦法直接配置或遠程監視關(guān)鍵的工作參數。而當穩壓器輸出電壓漂移或在過(guò)熱情況下，了解這些參數對于可靠運行通常是至關(guān)重要的，必須檢測到這些參數并依據檢測結果采取行動(dòng)，以防止可能發(fā)生的故障事件。
數字電源系統管理 (DPSM) 允許設計師在原型產(chǎn)生、部署和現場(chǎng)運行階段，簡(jiǎn)化和加速系統特性測試、系統優(yōu)化和數據挖掘。在這類(lèi)系統中采用 DPSM 方法可監視電壓穩壓器性能、報告穩壓器的健康狀況，以便采取糾正措施，防止穩壓器超出性能規格范圍甚至出現故障。DPSM 允許用戶(hù)依據從負載和系統收集到的信息采取行動(dòng)，提供以下益處：
- 更快速上市
- 無(wú)需重新設計 PCB 就可更改電源參數
- 快速進(jìn)行系統特性測試、系統優(yōu)化和數據挖掘
- 負載級益處
- 隨時(shí)間和溫度變化控制電源準確度
- 調節裕度以測試 FPGA 容限
- 通過(guò)減載提高系統效率
- 系統級益處
- 使用數字化電路板級電源診斷方法
- 監視和確定整個(gè)系統的功耗
- 故障管理 / 故障記錄
- 部署益處
- 功耗趨勢、檢測隨時(shí)間變化的波動(dòng)和變化
- 進(jìn)行預測性數據分析，最大限度降低運行成本
- 做出能源管理決策
在開(kāi)發(fā)階段，通過(guò)簡(jiǎn)單的 PC 連接對模擬電源進(jìn)行數字控制尤其有用，可讓系統快速進(jìn)入正常運行狀態(tài)。在有些電路板上，可能有多達 50 個(gè)負載點(diǎn) (POL) 電壓軌，系統設計師要能夠快速方便地監視和調節電源電壓、對電源進(jìn)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，并能夠訪(fǎng)問(wèn)詳細的故障記錄。在這樣的系統中，要保持對電壓軌的嚴格控制同時(shí)實(shí)現最高性能，高準確度是極其重要的。
DPSM 很快在很多系統中得到了采用，因為這種系統管理能夠針對電源系統提供準確的信息，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實(shí)現這類(lèi)功能的數字電源產(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 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(chǎng)自動(dòng)化、工業(yè)、醫療、通信和航空電子應用中常見(jiàn)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(gè)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(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 接口使系統設計師和遠程操作人員能夠通過(guò)命令設定并監察系統的電源狀態(tài)和功耗。能夠以數字化方式改變電源參數，可縮短產(chǎn)品上市時(shí)間和宕機時(shí)間，因為無(wú)需一般情況下需要對物理硬件、電路或系統用料的更改。
圖 1：將 48VIN 轉換至 5V/15A 和 12V/15A 的 LTC3886 原理圖
LTC3886 的兩線(xiàn)串行接口允許對輸出進(jìn)行裕度調節、微調以及按照排序延遲時(shí)間以可設定的轉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(shí)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(gè)界面為 DPSM 產(chǎn)品與已有嵌入式系統和架構、板裝控制器 (BMC) 以及智能平臺管理接口 (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)和測試階段，很常見(jiàn)的做法是，通過(guò)在 PC 上運行的 GUI 和通過(guò)一個(gè) USB 至 PMBus 通信轉換器工具 (常稱(chēng)為加密狗) 連接 DPSM 器件。GUI 可針對功耗、電壓、排序、裕度調節甚至故障日志記錄等關(guān)鍵運行參數提供控制和監視。
既然對于一個(gè)系統電路板來(lái)說(shuō)，有 50 或更多個(gè)電源軌并非不常見(jiàn)，因此這類(lèi)電路板上通常密集排列著(zhù)電子組件，DPSM 電路不可能占據太大的空間。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(gè)系統主處理器通信，以獲得命令、實(shí)現控制并報告遙測信息。
結論
DPSM 為系統設計師提供了一種工具，使他們能夠用簡(jiǎn)單的 PC 連接和數字接口控制電源。在開(kāi)發(fā)和調試階段，這種能力很寶貴，使設計師能夠讓系統快速進(jìn)入正常運行狀態(tài)，并能夠控制和調節電源電壓、極限值和排序。裕度測試更容易了，因為整個(gè)測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(hù)提供了功耗數據，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數據可以發(fā)回給 OEM，從而有效打開(kāi)了與 DC/DC 轉換器有關(guān)的盲點(diǎn)�？梢詸z測穩壓器輸出電壓隨時(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。這些數據可用來(lái)快速確定發(fā)生故障的根本原因，或者確定系統運行時(shí)是否超出了規定的工作限度，或者用來(lái)改善未來(lái)產(chǎn)品的設計。就軌數很多的系統和希望避免電壓軌盲點(diǎn)的 OEM 而言，數字電源系統管理是一種強大的工具。 |
