電源管理的一些新方案

時(shí)間：2008-07-05 22:28:00

關(guān)鍵字：電源管理 PMBUS 電源模塊拓?fù)?/a>

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[導(dǎo)讀]電源管理是當(dāng)今熱門的電子技術(shù)。有關(guān)電源管理的協(xié)議、新產(chǎn)品、新拓?fù)洹⑿陆鉀Q方案(如數(shù)字電源控制協(xié)議PMBus，單片數(shù)字電源管理器和數(shù)字電源，微型和大電流POL電源模塊，分布電源FPA拓?fù)?，SAC轉(zhuǎn)換器，PFC設(shè)計(jì)的OCC方案等)層出不窮。預(yù)計(jì)未來5年，電源管理全球市場年增長率15%以上。

隨著移動(dòng)電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、攝錄像機(jī)、MP3播放機(jī)等便攜裝置的迅速發(fā)展，對電源和電源管理提出了更高的要求。電源系統(tǒng)面對：

　　·系統(tǒng)日益增加的復(fù)雜性；

　　·需要管理更多電壓、更低電壓以及更寬的輸入電壓范圍；

　　·系統(tǒng)空間越來越小，功能越來越多，功率越來越高；

　　·高性價(jià)比要求。

圖1　在PMBus規(guī)范實(shí)現(xiàn)中，SMBus提供主計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)管理器與PMBus依從器件之間的串行通信

　　面對這些嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，制造廠家推出各種解決方案，使得電源和電源管理技術(shù)日新月異，新產(chǎn)品、新結(jié)構(gòu)、新協(xié)議、新解決方案層出不窮。

　　除便攜裝置所用電源面對嚴(yán)峻挑戰(zhàn)外，計(jì)算機(jī)、通信、工業(yè)、消費(fèi)電子、汽車、儀器儀表等所用電源面對提高電源效率、降低待機(jī)功耗的挑戰(zhàn)。

　　數(shù)字電源管理

　　數(shù)字電源控制協(xié)議

　　控制電源轉(zhuǎn)換和管理器件的數(shù)字通信協(xié)議__新PMBus(電源管理總線)于2005年發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。一些電源和半導(dǎo)體公司，如Artesyn 　　Technologies 、Astec/Emerson Network Power 、Intersil Corp. 、Microchip Technology 、Summit Microelectronics 、Texas 　　Instruments 、Volterra Semiconductor　、Zilker Labs Inc.等參與此協(xié)議的共同研究。用PMBus，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)命令集可以配置、監(jiān)控和維護(hù)電源轉(zhuǎn)換器。設(shè)計(jì)人員可以用PMBus命令來設(shè)置電源的工作參量、監(jiān)控電源工作和執(zhí)行正確的測量來響應(yīng)失效或工作報(bào)警。僅僅靠重新編程設(shè)置電源輸出電壓性能能使同一硬件提供不同的輸出電壓。PMBus系統(tǒng)的監(jiān)控和維護(hù)性能能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和可用性。

　　實(shí)現(xiàn)PMBus規(guī)范需要電源和相關(guān)IC的設(shè)計(jì)要遵從所要求的接口和命令。例如，在實(shí)現(xiàn)PMBus規(guī)范時(shí)，SMBus(系統(tǒng)管理總線)提供主計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)控制器與PMBus依從器件之間的串行通信(圖1)。在實(shí)現(xiàn)PMBus規(guī)范時(shí)，PMBus協(xié)議將使能多源電源管理產(chǎn)品。設(shè)計(jì)人員能夠用標(biāo)準(zhǔn)命令集控制PMBus依從的電源轉(zhuǎn)換器。

　　數(shù)字電源管理器

　　Power-One公司的第二代IBA(中間總線結(jié)構(gòu))控制器從模塊變?yōu)閱纹?。單片?shù)字IBA控制器ZM7332可以控制高達(dá)32個(gè)數(shù)字POL(負(fù)載點(diǎn))、4個(gè)簡單的LDO(低壓降)穩(wěn)壓器、VRM(電壓穩(wěn)壓器模塊)等。在典型的應(yīng)用中，系統(tǒng)中有4組Z-One POL(圖2)，每組由1個(gè)或多個(gè)POL轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。單片DPM(數(shù)字電源管理器)控制器可由用戶編程失效管理配置和規(guī)定容限功能、監(jiān)控、啟動(dòng)功能以及報(bào)告轉(zhuǎn)換行為。用戶可以通過I2C總線在產(chǎn)品開發(fā)和應(yīng)用期間的任何時(shí)間改變可編程的參量。DPM可以觸發(fā)任選的保安電路并為中間總線電壓提供欠壓和過壓保護(hù)。DPM也可以管理模擬POL或LDO以及需要開/關(guān)功能或監(jiān)控的任何事情。每個(gè)器件都有1個(gè)地址并配置在1個(gè)組中?？梢跃幊淌鼓苄盘柕臉O性和輔助器件的失效數(shù)據(jù)。

　　數(shù)字電源

　　TI公司的Fusion Digital PowerTM解決方案把模擬電源管理和數(shù)字信號處理結(jié)合在一起，使電源系統(tǒng)更智能、更可靠，使得數(shù)字控制電源系統(tǒng)以極具競爭力的低成本實(shí)現(xiàn)更高的性能和設(shè)計(jì)靈活性。Fusion Digital PowerTM解決方案包括數(shù)字電源控制器UCD9k、數(shù)字電源PWM控制器UCD8K和數(shù)字電源驅(qū)動(dòng)器UCD7K。該數(shù)字電源解決方案支持從AC線路到負(fù)載點(diǎn)應(yīng)用的電源系統(tǒng)，包括電信設(shè)備、計(jì)算機(jī)服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)。

圖2　DPM控制器應(yīng)用電路

　　POL電源模塊

　　非隔離式插入負(fù)載點(diǎn)電源模塊

　　TI公司的T2系列非隔離式插入負(fù)載點(diǎn)電源模塊支持4.5V~14V輸入電壓范圍的降壓DC/DC轉(zhuǎn)換，可調(diào)輸出電壓能夠在輸出電流高達(dá)50A時(shí)下降至0.7V，非常適合于IBA應(yīng)用。圖3示出T2電源模塊的應(yīng)用電路。T2模塊集成了最新的TurboTransTM技術(shù)和SmartSync功能。創(chuàng)新的TurboTransTM技術(shù)使電源設(shè)計(jì)人員利用單個(gè)外部電阻器就可動(dòng)態(tài)地“調(diào)節(jié)”模塊，從而滿足特定的瞬態(tài)負(fù)載要求。此技術(shù)能大幅度降低所需電容，使輸出電容降低5~8倍。從而節(jié)省電容成本和PCB空間。最終可加快瞬態(tài)響應(yīng)，使輸出電壓偏移降低40%。T2電源模塊的SmartSync功能使電源設(shè)計(jì)人員能將多個(gè)T2電源模塊的開關(guān)頻率同步到特定的頻率。因此，設(shè)計(jì)人員可以將電源模塊同步到能使效率最大化和功耗最小化的頻率。由于解決了同步問題，就能夠消除差頻，同步化的電源模塊更易于實(shí)現(xiàn)EMI濾波，從而滿足對噪聲敏感的RF系統(tǒng)的輻射要求。也可以在不同的相位角同步電源模塊，降低POL輸入電容。T2電源模塊還具有DSP要求的1.5% DC容差、Auto-TrackTM排序技術(shù)、預(yù)偏置啟動(dòng)、差分遠(yuǎn)程感測、開/關(guān)機(jī)控制、過濾保護(hù)、過溫保護(hù)、欠壓鎖定等特性。

圖3　非隔離式插入負(fù)載點(diǎn)電源模塊應(yīng)用電路

　　DC/DC微型電源模塊

　　Linear公司的微型10A　POL降壓穩(wěn)壓器模塊在15mm×15mm×2.8mm　LGA封裝中包含板上電感器、板上功率MOSFET、板上DC/DC控制器和MOSFET驅(qū)動(dòng)器、板上補(bǔ)償電路。用它構(gòu)成POL穩(wěn)壓器僅需輸入和輸出電容器(圖4)。圖4中LTM4600EV轉(zhuǎn)換器的輸入電壓圖6　PFC設(shè)計(jì)和OCC方案。
范圍4.5V~20V (LTM4600HVEV最大輸入電壓可達(dá)28V)，輸出電壓范圍0.6V~5V(由1個(gè)電阻器設(shè)置)，典型開關(guān)頻率800KHz(滿載)，它包含過壓和短路保護(hù)以及通過小電容器可調(diào)的內(nèi)置軟啟動(dòng)定時(shí)器。

圖4　微型10A　POL模塊應(yīng)用電路

圖5　分布電源新拓?fù)?/strong>

圖6　PFC設(shè)計(jì)和OCC方案