非智能和智能何时为电源增加智能功能才有意义.PDF

非智能与智能：何时为电源增加智能功能才有意义 Microchip Technology Inc. 模拟电源与接口产品部 资深产品营销工程师 Fionn Sheerin 电源转换应用无处不在。小到使用升压转换器调节纽扣电池（电量逐渐减小）电压的便携式设备， 大到进行大量冗余AC-DC 转换的蜂窝基站：一切都需要电力。业界对数字电源的讨论有很多；例 如，将电源转换移至软件，最终用相应软件替代我们所有的电源硬件。现实情况要复杂得多，动 态性也要差得多。大多数电源转换是（并将始终）在专用硬件中实现的。不过，随着数字信号处 理器（DSP）和数字配置控制器的功能越来越强大，对于精明的设计人员而言，可供其使用的选 项和电源转换功能也越来越多，更何况设计人员都不惧在固件编译器方面挑战一番。最大的问题 是时机；何时在设计过程中增加固件是值得的，何时使用传统的模拟电源转换更好？答案与其所 涵盖的电源转换一样，是不固定的。目前推动数字电源转换投资的主要因素有四个：报告、可靠 性、动态负载管理和总拥有成本。 数据报告功能是数字化电源的主要优势之一。在许多系统中，了解处理器负载电流、电池电压或 功率大小是有利的。这些信息可用于节制风扇速度、管理系统冷却或向用户报告状态。在生成或 获取应用程序时，该功能可以向中央系统报告本地发电情况，或在耗电情况下报告所需电能—— 这两种情况均可使总体系统更为高效。今天，几乎所有的备用电池或电池电源都使用某种形式的 电量计量。在高性能计算应用中，用户可能希望看到系统电压恰好能够使微处理器超频，或者数 据中心可能只是想要监测其（实质）电源预算花费在哪些方面。准确的电压报告比较常见，但准 确的电流或准确的功率报告则比较困难。后两者均需要良好的测量电路，通常围绕系统中某处的 2 模数转换器构建。此外，无论是采用I C、SMBus、PMBus、智能电池、SPI还是任何其他方法 （标准或专有），都需要报告测量数据。这种测量和报告需要数字电路，但实际上并不需要数字 化的控制回路，因此可单独实现，即使用监控电路（可能使用PIC12F18xx系列单片机）来监控模 拟电压转换器。电压转换也可以在PIC® MCU的独立于内核的外设（CIP ）中完成，或者使用内置 MCU （例如MCP19xxx系列器件）的单片式模拟控制来完成。这些方法均可以实现数字报告，而且 不需要数字控制回路，这通常可加快系统设计。有了此类系统，为进行报告而添加一定级别的数 字电路就变得很容易，并且可以围绕模拟电源构建。 图1：模拟电源的数字管理实现该方法比真正的数字控制回路更容易实现，同时还具备数字电源 的众多优势。使用现代控制器时，您会发现这些模块集成在一个IC （例如MCP19119）中。 报告可提高系统的可靠性。硬件现在可以监视异常行为，并进行通告，可在导致硬件故障之前检 测到问题。这样一来，便可延长数据中心等高可靠性系统的正常运行时间。此外，还可使用数字 控制回路进一步提高可靠性。模拟控制回路的补偿取决于随时间发生偏移的无源模拟组件。数字 计算始终是相同的。不过，更大的优势在于能够处理故障和错误。与纯模拟控制电路相比，智能 固件能够采取更多措施来减轻或标记有问题的情况。更重要的是，它可以响应这些错误。这可能 意味着切换到冗余电源，或通知系统操作员设备需要修理。在系统层面上，这可以显著提高可靠 性。 使用数字通信接口时，应用程序还能够接收数字命令。这可以实现更精细的负载管理。自适应电 压调整、电压裕度调整，甚至仅仅是复杂的负载都需要具备对电源操作进行动态调整的能力。这 2 些可以通过PMBus标准或智能电池协议等标准化命令来实现；也可以通过I C 或SPI 接口的专有 命令实现。也可以根据环境温度、输入电压或负载功率变化等环境测量值进行操作更改——无需 任何外部通信。如果纯模拟电源检测到掉电