服務器、以太網交換機、基站和存儲附件盒等云基礎設施終端設備對電源的功率密度要求正在增加。作為回應，將集成 MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）DC/DC 轉換器用于大電流 POL（負載點）軌，傳統(tǒng)上由帶有外部 MOSFET 的 PWM（脈寬調制）控制器提供服務，這已成為主流. 此外，為高性能處理器和 FPGA 執(zhí)行高級任務的需求，如自適應電壓縮放（基于處理器操作配置文件的動態(tài) Vout 調整以優(yōu)化功率損耗）也變得很重要。此外，電源設計人員越來越關注消除外部組件、提高可靠性和防止故障發(fā)生。
如今，TI 提供的 TPS544C20 和 TPS544B20 電源轉換器將這兩種非常強大的理念結合到一個 IC 中。一方面，它們集成了具有 30A 和 20A 極高電流承載能力的 MOSFET，另一方面，它們具有 PMBus? 控制功能。
什么是“PMBus”，為什么它是如此有價值的電源功能？PMBus，代表“電源管理總線”，是電源管理的“遙控器”。PMBus 控制包含一個強大的理念，我們可以使用軟件命令即時控制和編程電源管理設備。這在純模擬設計中是無法實現(xiàn)的，我們需要在設計階段設置器件行為并選擇電阻器和電容器。使用 PMBus 協(xié)議，控制處理器可以改變開關頻率、電流限制和輸出電壓等內容。PMBus 還可以提供遙測，即讀取 IC 溫度和電流等信息，以便處理器可以動態(tài)監(jiān)控電源系統(tǒng)。
PMBus 的想法源于1980 年代早期開發(fā)的流行的 I 2 C 總線。I 2 C 總線代表 Inter-IC（集成電路），是一種用于控制和監(jiān)視任何電子系統(tǒng)的通用總線。它是一個簡單的總線協(xié)議，取代了當時存在的許多專有協(xié)議。從 I 2 C 總線，產生了 SMBus 協(xié)議或系統(tǒng)管理總線，定義于 1995 年。SMBus 與 I 2略有不同C，因為它添加了數(shù)據包錯誤檢查，使其更加健壯。SMBus 曾用于 PC 和服務器，但業(yè)界很快意識到，系統(tǒng)的電源管理需求最好由通用協(xié)議和標準集來滿足，最終形成了 PMBus 控制的定義。PMBus 在使用 SMBus 作為物理層的同時，建立了電源管理協(xié)議，取代了幾個專有協(xié)議。
TI 的 SWIFT? TPS544C20和TPS544B20是業(yè)界首款具有集成 FET 和 PMBus 數(shù)字接口的 4.5V 至 18V、30A DC/DC 轉換器。為了方便工程師使用這些產品進行設計，我們在WEBENCH® Power Designer中添加了支持。在 WEBENCH 工具中，我們可以練習許多 PMBus 命令并查看直接影響，幫助我們快速分析設計并制作原型。
例如，讓我們使用 PMBus 命令實時更改控制器的輸出電壓。假設我們想在對功率敏感的應用程序（如筆記本電腦）中降低微處理器的性能，以節(jié)省電池壽命。如我們所知，微處理器的功耗與 CV 2 f 成正比。功耗取決于電壓的平方，因此降低電壓對降低功率的影響更大。微處理器可以動態(tài)地向電源轉換器發(fā)出 PMBus 命令，以通過 PMBus 總線降低輸出電壓。此 Vout 轉換命令由TPS544C20或TPS544B20執(zhí)行以更改其 Vout。設計步驟如下圖所示。
我使用TPS544C20創(chuàng)建了一個設計，額定輸出電壓為 3.3V，輸出電流為 20A。輸入電壓為 4.5V 至 5.5V。在高級選項中，我將 PMBus 命令 Vref Margin Low 設置為 -16.67%，并將操作裕度設置為“Margin Low”以降低輸出電壓（圖 1）。
圖 1. 在“高級選項”WEBENCH 面板中設置 PMBus 命令。
這將TPS544C20設置為將 Vout 從標稱值 3.3V 轉換為 2.75V，降低 16.67%。我們可以在 WEBENCH Power Designer 中使用在線“Vout 轉換”仿真來仿真這種效果（圖 2）。
圖 2. Vout 轉換仿真。
如果放大輸出電壓波形，我們將看到輸出電壓紋波以及平均 Vout，從 3.3V 轉變?yōu)?2.75V。Op Val 部分中的操作值指示新 Vout 的所有變量。
嘗試使用 PMBus 功能在WEBENCH Power Designer中創(chuàng)建 PMBus 系統(tǒng)電源設計，并通過在線 SPICE 仿真分析設計。
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