电源管理的一些新方案

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         随着移动电话、笔记本电脑、数码相机、摄录像机、MP3播放机等便携装置的迅速发展,对电源和电源管理提出了更高的要求。电源系统面对:

  ·系统日益增加的复杂性;

  ·需要管理更多电压、更低电压以及更宽的输入电压范围;

  ·系统空间越来越小,功能越来越多,功率越来越高;

  ·高性价比要求。

       图1 在PMBus规范实现中,SMBus提供主计算机或系统管理器与PMBus依从器件之间的串行通信

  面对这些严峻的挑战,制造厂家推出各种解决方案,使得电源和电源管理技术日新月异,新产品、新结构、新协议、新解决方案层出不穷。

  除便携装置所用电源面对严峻挑战外,计算机、通信、工业、消费电子、汽车、仪器仪表等所用电源面对提高电源效率、降低待机功耗的挑战。

  数字电源管理

  数字电源控制协议

  控制电源转换和管理器件的数字通信协议__新PMBus(电源管理总线)于2005年发布标准规范。一些电源和半导体公司,如Artesyn   Technologies 、Astec/Emerson Network Power 、Intersil Corp. 、Microchip Technology 、Summit Microelectronics 、Texas   Instruments 、Volterra Semiconductor 、Zilker Labs Inc.等参与此协议的共同研究。用PMBus,根据标准命令集可以配置、监控和维护电源转换器。设计人员可以用PMBus命令来设置电源的工作参量、监控电源工作和执行正确的测量来响应失效或工作报警。仅仅靠重新编程设置电源输出电压性能能使同一硬件提供不同的输出电压。PMBus系统的监控和维护性能能够增强系统的可靠性和可用性。

  实现PMBus规范需要电源和相关IC的设计要遵从所要求的接口和命令。例如,在实现PMBus规范时,SMBus(系统管理总线)提供主计算机或系统控制器与PMBus依从器件之间的串行通信(图1)。在实现PMBus规范时,PMBus协议将使能多源电源管理产品。设计人员能够用标准命令集控制PMBus依从的电源转换器。

  数字电源管理器

  Power-One公司的第二代IBA(中间总线结构)控制器从模块变为单片。单片数字IBA控制器ZM7332可以控制高达32个数字POL(负载点)、4个简单的LDO(低压降)稳压器、VRM(电压稳压器模块)等。在典型的应用中,系统中有4组Z-One POL(图2),每组由1个或多个POL转换器构成。单片DPM(数字电源管理器)控制器可由用户编程失效管理配置和规定容限功能、监控、启动功能以及报告转换行为。用户可以通过I2C总线在产品开发和应用期间的任何时间改变可编程的参量。DPM可以触发任选的保安电路并为中间总线电压提供欠压和过压保护。DPM也可以管理模拟POL或LDO以及需要开/关功能或监控的任何事情。每个器件都有1个地址并配置在1个组中。可以编程使能信号的极性和辅助器件的失效数据。

  数字电源

  TI公司的Fusion Digital PowerTM解决方案把模拟电源管理和数字信号处理结合在一起,使电源系统更智能、更可靠,使得数字控制电源系统以极具竞争力的低成本实现更高的性能和设计灵活性。Fusion Digital PowerTM解决方案包括数字电源控制器UCD9k、数字电源PWM控制器UCD8K和数字电源驱动器UCD7K。该数字电源解决方案支持从AC线路到负载点应用的电源系统,包括电信设备、计算机服务器、数据中心电源系统。

图2 DPM控制器应用电路

  POL电源模块

  非隔离式插入负载点电源模块

  TI公司的T2系列非隔离式插入负载点电源模块支持4.5V~14V输入电压范围的降压DC/DC转换,可调输出电压能够在输出电流高达50A时下降至0.7V,非常适合于IBA应用。图3示出T2电源模块的应用电路。T2模块集成了最新的TurboTransTM技术和SmartSync功能。创新的TurboTransTM技术使电源设计人员利用单个外部电阻器就可动态地“调节”模块,从而满足特定的瞬态负载要求。此技术能大幅度降低所需电容,使输出电容降低5~8倍。从而节省电容成本和PCB空间。

  最终可加快瞬态响应,使输出电压偏移降低40%。T2电源模块的SmartSync功能使电源设计人员能将多个T2电源模块的开关频率同步到特定的频率。因此,设计人员可以将电源模块同步到能使效率最大化和功耗最小化的频率。由于解决了同步问题,就能够消除差频,同步化的电源模块更易于实现EMI滤波,从而满足对噪声敏感的RF系统的辐射要求。也可以在不同的相位角同步电源模块,降低POL输入电容。T2电源模块还具有DSP要求的1.5% DC容差、Auto-TrackTM排序技术、预偏置启动、差分远程感测、开/关机控制、过滤保护、过温保护、欠压锁定等特性。

图3 非隔离式插入负载点电源模块应用电路

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