數(shù)字電源管理技術及電源管理總線

2 PMBUS數(shù)字電源開放標準協(xié)議

PMBus(電源管理總線)開放標準規(guī)范定義了一個用來控制功率轉換和管理器件的數(shù)字通信協(xié)議。在供電要求較復雜的系統(tǒng)中，通常使用多個DC／DC轉換器來產生不同的半導體器件所需要的供電要求。導致一個明顯結果就是在產品設計、生產測試及日常使用的過程中，控制和監(jiān)測這些電源將變得更加復雜。目前，許多高性能DC／DC轉換器仍然通過無源元件產生的模擬信號來進行控制。即使采用最先進的電源電路拓撲，也不得不使用外部的電位器和電容來調節(jié)諸如啟動時間、輸出電壓值及開關頻率等參數(shù)，而且這些參數(shù)不能隨時更改。

PMBus是一種開放型標準的數(shù)字電源管理協(xié)議?？赏ㄟ^定義傳輸和物理接口以及命令語言來實現(xiàn)變換器與其他設備的通信。PMBus的傳輸層是基于低成本的S us(系統(tǒng)管理總線)的1．1版本，這是個功能強健、符合工業(yè)現(xiàn)場應用標準的I C串行總線的版本，具有分組校驗和主機通知的功能。PMBus繼承了SMBus的SMBALERT信號，該信號可使從屬設備中斷系統(tǒng)主機對總線的控制，此方式一方面減少了系統(tǒng)主機的負擔，使主機在大多數(shù)時間內進行閉環(huán)控制；另一方面比用專門的微控制器來查詢的方式更靈活。此外，PMBus協(xié)議將從屬設備的默認配置數(shù)據(jù)保存在永久性存儲器內或者在硬件上設置好，在上電的過程中，不需通過總線通信來得到初始配置信息，縮短了啟動時間，也減少了一部分總線數(shù)據(jù)傳輸。除了SMBus的時鐘、數(shù)據(jù)及中斷線之外，PMBus協(xié)議還規(guī)定了兩種與電源轉換設備共同使用的硬件信號，一個是與總線發(fā)出的命令共同使用的控制信號，用于啟動和關閉單個從屬設備；另一個是可選的“寫保護”信號，用于防止更改從屬設備存儲器中的數(shù)據(jù)。與其他總線不同的是PMBus的主控設備不是專門的集成電路，這給進行電源管理的主控設備選型提供了靈活性。當電源系統(tǒng)比較龐大時，可以采用PC機配置相應的數(shù)據(jù)采集板卡來完成各種管理功能，而對于較小的電源系統(tǒng)則可以是單板上現(xiàn)成的微處理器、一些額外的低成本的微控制器或者是PLD器件中的一些門。在產品開發(fā)的不同階段，可以使用不同的設備作為PMBus的主機。在單板設計階段，一臺便攜式電腦可以作為總線主機；而在產品實際應用時，則使用板上主處理器中的一些硬件資源來控制PMBus總線。在開發(fā)階段，可以通過PMBus總線動態(tài)修改從屬設備中的設定值和配置，對于不同的電源系統(tǒng)，可以借鑒相同的PMBus總線配置，只需修改某些特定數(shù)據(jù)。最終通過測試的設定值和配置通過寫保護功能永久保存在從屬設備的存儲器之中。圖3所示為一個基于PMBus的數(shù)字電源管理典型連接結構圖。

PMBus的通信是按照一個簡單的命令集進行的。每個數(shù)據(jù)包包含一個地址字節(jié)、一個命令字節(jié)、若干個數(shù)據(jù)字節(jié)，以及一個可選的包檢驗碼字節(jié)。圖4所示為一個主機到轉換器的信息傳輸。主機使用單獨的“開始”和“停止”來表明進程開始和結束。而從屬設備則使用單獨的位來確認收到的每個字節(jié)。與其他總線協(xié)議不同的是，PMBus總線不會等待專門的“執(zhí)行”命令，從屬設備在收到“停止”信號后，立即處理并執(zhí)行命令，符合電源管理的快速性要求。由于在開發(fā)之初就考慮到其開放性和超前性，PMBus總線協(xié)議支持的指令集可以提供兩個命令的擴展，該擴展可以有效地允許雙字節(jié)命令。一個擴展留給PMBus設備的生產商，另一擴展則由于協(xié)議本身的后續(xù)升級和修訂。實際應用中，PMBus協(xié)議簡單實用的指令集使得電源管理程序的編寫更加快速、簡便。負載點轉換器的電壓時序控制的實現(xiàn)就是很好的例子。上電時序控制對應著有兩個PMBus命令，TON—DE—LAY命令設定了轉換器等待開始上電的時間，而TON RISE則設定了從零增加到設定輸出值的時間。所以，用戶可以通過相關軟件即可對每個轉換器的啟動延遲和上升時間進行設定。同樣，對于掉電時序控制，也有對應的掉電延遲命令TOFF_DELAY和下降時間TOFF—FALL設定。顯而易見，對于整個供電系統(tǒng)的啟動和掉電的時序控制通常只需要4個PMBus命令來設定。PMBus已經(jīng)得到了業(yè)界的認可。