智能功率控制產品的設計

作者：時間：2008-04-15 來源：網絡

加入技術交流群
- 掃碼加入
  和技術大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

構建和維護合適的功率環(huán)境對系統(tǒng)的正確運行非常關鍵。對功率的控制和管理越來越受到重視，無論是簡單的手持式便攜設備，還是多服務器機架系統(tǒng)，都希望能夠節(jié)省能耗、降低成本。

采用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）、數字信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）的設計可能需要4～5個甚至更多的電源，需要按照預先設定的順序和電壓攀升率完成上電，從而避免諸如閂鎖、電涌或I/O競爭等問題。此外，許多應用都要求上電順序和電壓攀升率可調節(jié)，以適應不同的應用。

利用創(chuàng)新的混合信號可編程系統(tǒng)芯片（PSC）與 32位ARM Cortex-M1處理器相結合的優(yōu)勢，可以開發(fā)出可修改的智能功率控制解決方案，大幅減少部件數目、板卡尺寸和系統(tǒng)成本，同時提高可靠性、靈活性和系統(tǒng)可用性。集成在混合信號PSC中的Cortex-M1處理器除了能夠監(jiān)控總線電壓、電機電流和速度外，還能完成診斷任務。

智能功率控制

智能功率控制涉及如下基本要求：提供系統(tǒng)所需的所有電壓；控制每個器件的上電順序，維持系統(tǒng)的完整性，防止諸如閉鎖、電涌或I/O競爭之類的問題；在不需要某些器件時關閉該器件，而在需要時順暢地開啟；在待機狀態(tài)下維持最低限度的功能運行，以節(jié)省功耗，并按照一定的時間間隔或在需要時喚醒系統(tǒng)。

在專用標準產品 (ASSP) 中實現(xiàn)這些功能需要標準的功率供給方案。采用可編程解決方案則能適應多系統(tǒng)要求?？删幊探鉀Q方案還允許日后對系統(tǒng)升級和細調。目前市場上的許多可編程功率模塊都需要與某種形式的處理器共用，獲取各電源開關控制的指令。

面向智能功率控制的混合信號PSC

由于多電源、多I/O組件的應用、 I/O標準不斷變化，以及調節(jié)上電順序和電壓攀升率的需求，板級電源管理變得越來越復雜，因此，設計人員需要靈活且能上電即用的功率管理器件。如圖1所示，混合信號PSC具有嵌入式閃存、FPGA架構、四線模擬I/O結構和模數轉換器 (ADC)，可為智能功率控制提供智能化及簡捷靈活的解決方案。

圖1 混合信號PSC體系架構

可編程混合信號PSC，如Actel Fusion，能實現(xiàn)上電順序、實時電壓監(jiān)視、分析和控制。這些功能都集成在單芯片中，減少了部件數目，從而大大降低了材料成本、板卡尺寸和組裝成本。該方案僅使用一個器件，所以功耗更低，而且能根據采樣電壓進行配置，可監(jiān)視多達30路模擬信號并控制多達10個柵極驅動電路，而這些電路的驅動強度可編程，能夠控制多電源系統(tǒng)的上電順序和電壓攀升率?；旌闲盘朠SC還能通過監(jiān)視器定時器或外部觸發(fā)器完成系統(tǒng)喚醒操作，可關閉除某一器件外的整個系統(tǒng)。某些混合信號PSC還具有管理智能電池充電的能力，這是提升系統(tǒng)功率控制的另一種智能方式。

MicroTCA的智能功率控制實例

由于這些解決方案能使系統(tǒng)管理和智能功率管理應用的集成度提高至前所未有的水平，因此，單芯片PSC能夠減少典型MicroTCA電源模塊的材料清單成本，在某些情況下能夠減少超過50%。與速度慢及基于軟件的微控制器解決方案不同，混合信號PSC用FPGA邏輯門實現(xiàn)了內部電壓監(jiān)控和切換功能，如圖2所示，因而能達到MicroTCA標準規(guī)定的100μs開關速度指標。

圖2 MicroTCA電源模塊示例

如圖3所示，在高級夾層卡（AMC）示例中，采用單芯片實現(xiàn)系統(tǒng)管理和智能功率控制的高級夾層卡部件數減少，其好處是比采用微控制器和許多分立元件實現(xiàn)的典型高級夾層卡性能更高、功能更豐富?？蛻艨梢允褂没旌闲盘朠SC來集成有效載荷和管理功能，以實現(xiàn)更高的部件集成度并降低成本。此外，一些混合信號PSC器件還具有電信服務供應商通常都需要的系統(tǒng)內變更和升級功能。