【導讀】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了，因為人們通常沒有辦法直接配置或遠程監(jiān)視關鍵的工作參數(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重要的，必須檢測到這些參數(shù)并依據(jù)檢測結果采取行動，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：
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
負載級益處
- 隨時間和溫度變化控制電源準確度
- 調節(jié)裕度以測試 FPGA 容限
- 通過減載提高系統(tǒng)效率
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
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實現(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節(jié)、微調以及按照排序延遲時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、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、裕度調節(jié)甚至故障日志記錄等關鍵運行參數(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 轉換器有關的盲點。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。
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