使用 PMBus 模塊節(jié)省 PCB 空間并克服負(fù)載點(diǎn)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性

在為工業(yè)和通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源時(shí)，工程師面臨著許多艱巨的挑戰(zhàn)。典型的系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)、專用集成電路 (ASIC)、片上系統(tǒng) (SoC)、網(wǎng)絡(luò)和通信處理器或其他類型的處理器。每個(gè)處理器通常需要對(duì)多個(gè)電源軌（四個(gè)、10 個(gè)或更多）進(jìn)行復(fù)雜的電源管理才能正常運(yùn)行。處理器的核心電壓軌通常需要 20A 或更多的電流。管理核心軌和所有輔助電壓軌是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。此外，由于系統(tǒng)外形尺寸縮小，印刷電路板 (PCB) 空間受到限制，因此工程師必須使用高密度解決方案。

與傳統(tǒng)模擬 DC/DC 相比，支持PMBus的DC/DC轉(zhuǎn)換器正成為解決這些挑戰(zhàn)的流行選擇。但由于 PMBus 增加了額外的設(shè)計(jì)復(fù)雜性，許多工程師在系統(tǒng)中實(shí)施 PMBus 時(shí)正在尋求解決方案，以使事情變得更容易一些。

其他的電源管理結(jié)構(gòu)不同，PMBus 有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，即主控設(shè)備不是基于自主設(shè)計(jì)的硅，也不作為一個(gè)轉(zhuǎn)換器。主機(jī)與電源之間的所有通信都是通過總線來完成的。這就節(jié)省了執(zhí)行成本以及提供一個(gè)更為靈活的控制方法主機(jī)可以是系統(tǒng)現(xiàn)有的處理器、一個(gè)低成本的通用微控制器或FPGA中的一些門，當(dāng)然也可以是在不同時(shí)期的不同的器件。例如，在單板設(shè)計(jì)階段，一臺(tái)便攜式電腦可以當(dāng)做一個(gè)主機(jī)，然后在生產(chǎn)測試時(shí)，主機(jī)也可以由自動(dòng)測試設(shè)備來擔(dān)當(dāng)，以便全面核實(shí)單板的性能，如有必要，可動(dòng)態(tài)更改單個(gè)電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以適應(yīng)單板上硅的需求。最終通過測試選擇的數(shù)值可以保存在從機(jī)的永久存儲(chǔ)器里。

PMBus 是一種數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字控制。PMBus 有不同的版本，制造商可以靈活選擇支持的命令。啟用 PMBus 的設(shè)備可以將輸出電壓設(shè)置為完整的命令集，從而啟用裕度、輸出電流讀數(shù)、自適應(yīng)電壓縮放 (AVS) 和可調(diào)設(shè)備功能。PMBus 消除了通常用于對(duì)這些功能進(jìn)行編程的外部組件，從而減少了我們的物料清單。在較新版本的 PMBus 中，AVS 可以根據(jù)處理器功率需求動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓以提高效率。

帶有 PMBus 的 DC/DC 模塊使設(shè)計(jì)更容易并減少了電源占用空間。DC/DC 模塊通過簡化電源管理幫助設(shè)計(jì)人員更快地進(jìn)入市場；我們無需成為電源專家即可設(shè)計(jì)小型解決方案并滿足關(guān)鍵規(guī)格。傳統(tǒng)的 PMBus 模塊解決了挑戰(zhàn)，但通常比使用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的定制設(shè)計(jì)解決方案體積大得多。一些新的模塊產(chǎn)品比定制設(shè)計(jì)的解決方案小。

如圖 1 所示，與圖 2 所示的 TPS546C23 DC/DC 轉(zhuǎn)換器相比，新型 TPSM846C23 35A PMBus 模塊減少了補(bǔ)償設(shè)計(jì)，消除了電感選擇，并保證了性能。TPSM846C23 通過將 IC 和無源器件隱藏在電感器采用 15mm x 16mm x 5.8mm 封裝，可提供令人難以置信的 146mA/mm 2密度。其中兩個(gè)模塊在共享電流時(shí)可提供高達(dá) 70A 的輸出電流。如果空間和時(shí)間節(jié)省至關(guān)重要，則 TPSM846C23 是理想之選，如果成本或設(shè)計(jì)優(yōu)化至關(guān)重要，則 TPS546C23 是理想之選。 

圖 1：4.5V-15V、35A TPSM846C23 PMBus 可堆疊同步降壓模塊

圖 2：4.5V-18V、35A TPS546C23 PMBus 可堆疊同步降壓轉(zhuǎn)換器

TPSM846C23 使用具有遙測功能的 PMBus v1.3 命令集，以實(shí)現(xiàn)最大的可配置性和設(shè)計(jì)靈活性。使用此命令集，我們可以對(duì)排序進(jìn)行編程、自定義設(shè)備性能和保護(hù)、讀取輸出電流和工作溫度，以及實(shí)施 AVS（圖 3）。

圖 3：支持的 TPSM846C23 PMBus 命令

為簡化設(shè)計(jì)過程，TI 在 WEBENCH 中實(shí)施的 TPSM846C23 支持 AVS、輸出電壓轉(zhuǎn)換率、欠壓鎖定和通過 PMBus 的軟啟動(dòng)。對(duì)于 PMBus 的完整原型設(shè)計(jì)，F(xiàn)usion 圖形用戶界面 (GUI) 支持 TPSM846C23 評(píng)估模塊。TI 的 Fusion GUI 可配置和監(jiān)控 TPSM846C23。Fusion GUI 使用 PMBus 協(xié)議通過 TI USB 適配器通過串行總線與 TPSM846C23 通信。

在 3 月 26 日至 30 日在佛羅里達(dá)州坦帕舉行的應(yīng)用電力電子會(huì)議 (APEC) 上，我們可以在 TI 701 號(hào)展臺(tái)上看到帶有遙測功能的 TPSM846C23 高電流 PMBus 電源模塊的現(xiàn)場演示。

在演示中，我們將能夠看到模塊的 PMBus 兼容性如何實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流和結(jié)溫遙測，每一項(xiàng)都實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)界面上。該模塊可通過 Fusion GUI 進(jìn)行控制，允許用戶啟用或禁用設(shè)備，還允許軟啟動(dòng)和軟停止。