通過(guò)數(shù)字電源系統(tǒng)管理來(lái)控制您的電源

　　摘要：本文介紹通過(guò)數(shù)字電源系統(tǒng)管理(DPSM)，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工程師對(duì)電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與監(jiān)測(cè)等應(yīng)用的工作，并且能夠快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠穩(wěn)定的面世。

　　你有沒(méi)有覺(jué)得，現(xiàn)在到了該控制電源的時(shí)候了?如果沒(méi)有，你應(yīng)該考慮一下，因?yàn)橥ㄟ^(guò)數(shù)字通信總線配置和監(jiān)視電源的趨勢(shì)在日益增強(qiáng)。這常常稱為“數(shù)字電源”或“數(shù)字電源系統(tǒng)管理 (DPSM)”。在產(chǎn)生原型機(jī)、系統(tǒng)部署和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)，這種方法使設(shè)計(jì)師能簡(jiǎn)化和加速系統(tǒng)特征定義、優(yōu)化以及數(shù)據(jù)挖掘。

　　在如今的新式電子系統(tǒng)中，無(wú)法了解穩(wěn)壓器的狀況和工作狀態(tài)也許是尚存的最后一個(gè)“盲點(diǎn)”，因?yàn)槿藗兺ǔ](méi)有辦法直接配置或遠(yuǎn)程監(jiān)視穩(wěn)壓器的關(guān)鍵工作參數(shù)。然而，要想可靠工作，檢測(cè)穩(wěn)壓器隨時(shí)間變化或在過(guò)熱情況下的電壓漂移并在潛在故障事件發(fā)生之前采取行動(dòng)是非常關(guān)鍵的。對(duì)這類系統(tǒng)采用 DPSM 方法可以監(jiān)視電壓穩(wěn)壓器的性能，報(bào)告穩(wěn)壓器的健康情況，這樣就可以在穩(wěn)壓器超出性能規(guī)格甚至發(fā)生故障之前采取糾正行動(dòng)。DPSM 使用戶能根據(jù)從負(fù)載上和系統(tǒng)中收集的信息采取行動(dòng)，可帶來(lái)以下好處：

　　● 產(chǎn)品更快上市：

　　a. 無(wú)需重新修改 PCB，就可改變電源參數(shù)
　　b. 快速完成系統(tǒng)特征定義、優(yōu)化和數(shù)據(jù)挖掘

　　● 負(fù)載級(jí)好處

　　a. 隨時(shí)間和溫度變化控制電源準(zhǔn)確度
　　b. 設(shè)定裕度以測(cè)試 FPGA 容限
　　c. 通過(guò)減載提高系統(tǒng)效率

　　● 系統(tǒng)級(jí)好處：

　　a. 以數(shù)字方式獲取板級(jí)電源診斷結(jié)果。
　　b. 監(jiān)視和準(zhǔn)確確定系統(tǒng)內(nèi)部功耗
　　c. 故障管理 / 故障日志

　　● 對(duì)數(shù)據(jù)中心的好處：

　　a. 了解功耗趨勢(shì)，檢測(cè)隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的波動(dòng)和變化
　　b. 進(jìn)行預(yù)測(cè)性分析，以最大限度地降低運(yùn)行費(fèi)用
　　c. 做出能源管理決策

　　新的 DPSM 產(chǎn)品往往支持通過(guò) PMBus 等兩線接口進(jìn)行配置和監(jiān)視，PMBus 是一種開(kāi)放并基于 I2C 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字接口協(xié)議。這就為 DPSM 產(chǎn)品與現(xiàn)有嵌入式系統(tǒng)和架構(gòu)、板載控制器 (BMC) 以及智能平臺(tái)管理接口 (IPMI) 功能的集成提供了途徑。就簡(jiǎn)單性和易用性而言，尤其是在硬件開(kāi)發(fā)和測(cè)試的最早階段，常見(jiàn)的情況是，通過(guò)運(yùn)行在 PC 上的圖形用戶界面 (GUI) 和通過(guò) USB 至 PMBus 通信轉(zhuǎn)換器工具 (稱為接口轉(zhuǎn)換板) 與 DPSM 器件互動(dòng)。GUI 可以提供對(duì)關(guān)鍵工作參數(shù)的控制和監(jiān)視，例如功耗、電壓、排序、裕度設(shè)置甚至故障日志記錄。

　　開(kāi)發(fā) PMBus 命令語(yǔ)言的目的是為了滿足大型多軌系統(tǒng)的需求。除了明確定義的一套標(biāo)準(zhǔn)命令，符合 PMBus 要求的設(shè)備還可以采用它們自己專有的命令來(lái)提供創(chuàng)新的增值功能。PMBus 的大部分命令和數(shù)據(jù)格式都實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，這對(duì)于生產(chǎn)這類系統(tǒng)板的 OEM 來(lái)說(shuō)是一大優(yōu)勢(shì)。PMBus 協(xié)議通過(guò)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn) SMBus 串行接口實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的設(shè)定、控制和實(shí)時(shí)監(jiān)視。命令語(yǔ)言和數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化允許 OEM 非常容易地進(jìn)行固件開(kāi)發(fā)和重用，結(jié)果是幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)師加快電源系統(tǒng)的上市進(jìn)程。如需更多信息，請(qǐng)登錄 http://pmbus.org。憑借超過(guò) 75 種 PMBus 標(biāo)準(zhǔn)命令功能，用戶可以利用這一最流行的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)電源管理協(xié)議之一，對(duì)電源系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行全面控制。

　　DPSM 在什么情況下有意義

　　能用簡(jiǎn)單的 PC 連接對(duì)模擬電源進(jìn)行數(shù)字控制，對(duì)于在開(kāi)發(fā)階段讓系統(tǒng)快速進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)尤其有價(jià)值。一個(gè)系統(tǒng)可能有多達(dá) 30 個(gè)負(fù)載點(diǎn) (POL) 電壓軌，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要能方便地監(jiān)視和調(diào)節(jié)電源電壓，對(duì)電源電壓的上升 / 下降排序，設(shè)定工作電壓限制，讀取電壓、電流、溫度等參數(shù)，訪問(wèn)詳細(xì)的故障日志。在這類系統(tǒng)中，要對(duì)電壓軌保持嚴(yán)格的控制同時(shí)實(shí)現(xiàn)最高性能，高準(zhǔn)確度是極端重要的，

　　尤其是，數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是降低總體功耗。這可以通過(guò)重新安排使用未充分利用的服務(wù)器以及根據(jù)所吸取的功率使其他服務(wù)器停機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了滿足這類需求，知道設(shè)備的功耗是必不可少的。DPSM 可以向用戶提供功耗數(shù)據(jù)，允許做出智能能源管理決策。

　　下面來(lái)看一個(gè)例子：保護(hù)昂貴的 ASIC 免于被可能的過(guò)壓情況損壞。高速比較器必須監(jiān)視每個(gè)軌的電壓值，如果某個(gè)電壓軌超過(guò)了安全工作限制，就立即采取保護(hù)行動(dòng)。當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，憑借 DPSM，可以通過(guò) PMBus 報(bào)警線路通知主機(jī)，而且相關(guān)電壓軌可以關(guān)斷以保護(hù)負(fù)載。實(shí)現(xiàn)這種程度的保護(hù)需要卓越的準(zhǔn)確度和非常短的響應(yīng)時(shí)間。

　　采用 DPSM 的原因是，它能提供準(zhǔn)確的電源系統(tǒng)信息，還能自主控制和檢查很多電壓。凌力爾特有幾款數(shù)字電源產(chǎn)品，其中包括 LTM4676。