电源管理与转换的整合可简化电源系统设计

最新更新时间:2012-07-04来源: 21IC关键字:电源管理  电源转换  电源系统 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
  当今,面向电信及数据通信市场的先进电子系统大量依赖于高性能、精细线度数字IC(FPGA、DSP和/或ASIC)快速有效地处理对时间敏感的数字数据。对更高带宽的需求已迫使这些数字IC的制造商追求领先的工艺技术,以便在将功耗降至最低时优化性能。但是,这一趋势也产生了前几代工艺中所没有的多种电源管理问题。降低内核电压电平提高负载电流,采用亚100纳米工艺技术实现的更小芯片尺寸使这些IC中的电流密度急剧增加。此外,分离的电压层与多核架构的使用还迫使系统设计人员提供更多的独特电压层,以及在这些电压之间提供特定的排序。外部电源管理IC已可提供,它们可解决这些高端系统所产生的一个或多个问题,但如何使这些IC与电源转换块无缝协作仍是一个亟待解决的问题,这经常需要多个分立元件并进行大量软件开发。

  另一个棘手的问题来自难以预料的FPGA或ASIC最佳运行参数的变化。最终的特性结果有时会迫使设计人员在构建了初始硬件后更改他们的设计,从而导致他们在以下两个方面上很难做出决定:利用性能更低的产品抓住所需的市场商机,还是冒可能给予竞争对手上市时间优势的延误风险。根据所选的电源架构,这种更改可能如同以下情况那样复杂:需要额外电压域和新的排序,以及调整系统的热作业面(operating profile),以确保在同一位置出现更高的总功耗时保持可靠性。

  具有整合电源管理的负载点转换器有助于系统设计人员开发具有分布式智能的电源系统架构。这些架构具有更高的性能,而且比传统模拟电源架构更容易设计。这种智能电源系统还可使系统设计人员在研发周期后期快速适应系统要求变化,而且不会出现大量硬件再设计或重大的软件开发延迟问题,从而缩短了产品上市时间,并可使电源系统架构在具有不同电源要求的众多产品间轻松地进行再利用。

  PMBus 实现了兼容性

  为简化智能电源系统设计,我们必须首先提供大量兼容的电源产品,而且这些产品需要具有实施复杂电源管理功能所需的灵活性和智能,同时可减轻结合不同电源元件的负担。为满足这一要求,几家电源IC及电源模块公司创建了Power Management Bus(PMBus),这是一个通过I2C或SMBus硬件接口提供的标准指令集。这种开放式标准指令集有助于电源元件制造商(IC及模块)提供兼容的产品。这些产品可轻松进行集成,以创建先前需要大量设计和定制软硬件的定制智能电源架构。此外,它还提供了标准PMBus命令,以支持多个电源管理功能,其中包括电压排序、边限、电压、电流及温度监控,以及广泛的故障管理。此外,每个PMBus命令必须由任何相一致的器件(无论制造商、外形或功率级如何)以同样方式加以解释,从而可轻松扩展简单的系统软件工作,以便包含所需数目的电源域。

  系统设计示例

  表1说明了嵌入式电信设计的典型系统电源要求,以及与各种电源域相关的任何管理要求。电压与负载电流范围广,在整个工作电压范围内测试功能需要电压边限,每个器件的电压必须能够动态加以控制,以便在各种工作条件下优化性能。此外,还必须监控每个负载器件的电压、电流及温度,以便提供有关这些高性能、高价格IC正常情况的准确反馈,并确保系统在指定的温度范围内运行。混合使用多种高密度逻辑IC还需要电压排序与跟踪的独特组合。为实现系统兼容性并将通过背板的输入电流降至最小,我们选择了12V的输入总线电压。这种设计一般涉及多个电源转换IC、多个外部电源管理IC及分立元件,以实施排序、跟踪、边限及监控功能。但通过使用可与PMBus兼容的产品,利用最少的独特电源转换IC及最少的器件间连接(如图1所示)即可轻松构建该系统。

  对于更高的电流供应,我们选择了单相PMBus DC/DC控制器(ZL2005),因为该控制器能够灵活地处理高达30A的负载电流,而且通过与多个器件并联,它还能够传输更高的负载电流。对于低电流(低于3A)供应,我们选择了具有整合MOSFET的PMBus DC/DC转换器(ZL2105),因为其外形较小。每个器件中均整合了所有必需的电源管理功能,因此可非常轻松地根据每个设备的单独要求对它们进行配置,同时可将分立元件数减至最少,以及最大程度地减小与一般用于配置模拟电源IC的R/C网络相关的容差。此外,每个IC均整合了高度精确的温度传感器,从而使为特定负载IC供电的IC能够实时监控其温度。
  无需使用排序器进行排序

  这些IC的众多独特功能之一是它们能够在无需外部排序器IC或软件开发的情况下实施确定性的排序算法。利用简单的引脚连接可设定每个IC的输出电压上升持续时间,并可对每个电源加以配置,使其在特定时间开始输出上升,或者跟随另一个系统电压的输出上升。通过将跟踪器件的VTRK引脚与将加以跟踪的电压相连,还可轻松配置电压跟踪;可使用相同引脚连接方法选择一致跟踪或比例跟踪。使用这 种简单方案可快速配置整个系统排序顺序和/或跟踪比率,无需主机处理器或软件开发。图2显示了多个电压间排序与一致跟踪的最终组合。
 
  适应系统要求的变化

  当为高性能数字IC供电时,例如FPGA、DSP及ASIC,初始化硬件后电压与排序要求经常会发生变化。例如,在最初测试后,确定只有在第一次对逻辑电源加电或在FPGA内核供电前对FPGA I/O电源加电(与最初设计假设相反)时系统性能才能符合设计目标。使用传统电源管理IC实施这种更改将需要进行硬件及系统软件更改,从而会失去关键的市场机会。但使用支持PMBus的电源管理IC,这些更改可通过几个简单的PMBus命令重新配置排序来加以实施。系统修改仅限于非常简单的软件更改,无硬件更改,从而可使设计人员保持相同的项目期限。图3显示了已快速进行了重新配置的新排序。

  当今的高端嵌入式电信及数据通信系统将继续加大对现有技术的推进,从而大量依赖最新的数字IC来提供尽可能高的性能,这样它们可有效地与其他设备供应商进行竞争。板面空间及系统管理方面的挑战正迫使系统设计人员重新考虑使用传统模拟电源转换与管理技术,由于设计流程后期难以预料的系统更改,这些技术可能会导致不必要的项目延迟。具有整合电源管理的智能负载点器件的兴起使系统设计人员能够简化复杂电源系统的设计,同时在他们面临着后期出现的电源系统要求变化时,可提供有助于他们保持关键项目进度的安全网,从而使他们能够将精力集中在可使他们产品具有独特性的关键系统功能。
  Zilker Labs的产品

  Zilker Labs设计和制造符合PMBus的灵活IC产品,这些IC将电源管理与转换整合到了一个可利用最少的设计工作在众多电源应用中使用的灵活IC中。ZL2005是一种可通过3V~14V的输入电压运行的非隔离式降压DC/DC控制器,在电压介于0.6V~5V时,它能够提供高达30A的负载电流。为提供更高的负载电流,可将多个ZL2005并联,并且使用简单的引脚配置或通过支持100多个PMBus命令的SMBus/I2C接口可提供各种电源管理功能。ZL2105是一种同样灵活的降压转换器IC,它将面向需要3A或更低电流的应用的4.5A同步MOSFET与高效率进行了整合。
关键字:电源管理  电源转换  电源系统 编辑:探路者 引用地址:电源管理与转换的整合可简化电源系统设计

上一篇:NiMH电池充电器设计的关键问题
下一篇:用16V~100V电源提供12V及3A输出的宽范围稳压器

推荐阅读最新更新时间:2023-10-18 16:56

电源管理的开关频率与电磁干扰之间的平衡
好的功率转换器除了要有较高的开关频率之外,也要顾及系统的转换效率及电磁干扰。各方面都要兼顾,力求取得适当的平衡。开关频率越高,电源开关、整流器及控制电路的开关损耗便会越高。以模块式DC/DC转换器来说,只要提高开关频率便可采用较小的滤波器及能源存储元件,这是提高开关频率的好处。但以采用硬开关的系统来说,电源管理芯片的高频信号会出现较多谐波,令芯片与散热器或供电层之间的杂散电容出现大量位移电流。这些位移电流甚至会流入变压器的线圈电容,最后甚至会造成共模干扰。 采用DC/DC转换器的控制与驱动系统来说,工程师设计集成电路及其封装时,已考虑到砖块转换器的结构而做出适当的调节。以电路的设计来说,更高的技术集成度、板上高电压稳
[电源管理]
电源管理趋势探讨
在本文中,业内领先的电源管理芯片供应商从不同层面阐述了各自的一些技术观点以及相应的解决方案。 随着 半导体 终端产品朝向轻薄短小、数字化和整合多功能三大趋势发展,模拟领域的电源管理IC的地位可说是越来越重要,成绩亦显得非常亮眼,在市场一片繁荣之下,电源管理的设计趋势也值得关注,对此,业内领先的电源管理芯片供应商从不同层面阐述了各自的一些技术观点以及相应的解决方案。 白光LED驱动成为设计重点 便携式产品为 LCD 显示器提供 背光 的光源是系统之中耗电量最大的部分,其耗电量是显示器所获电量的十倍以上。背光源功率越大,便携式设备的LCD能够发出的光越强,由于功率限制日趋苛刻,所以并不能一味地追求高亮度输出,因此功耗
[电源管理]
车辆跟踪系统中集成度高效的电源管理解决方案
车辆跟踪系统非常适合监视一辆汽车或整个车队。跟踪系统由自动跟踪硬件和用于收集数据(如果需要的话,还有数据传输)的软件组成。 今天,我们就来剖析下“车辆跟踪系统”。 1 主动跟踪器与被动跟踪器 主动跟踪器和被动跟踪器收集数据的方式相同,也同样准确。这两种类型跟踪器的主要区别在于时间。 主动跟踪器也称为“实时”跟踪器,因为它们通过卫星或蜂窝网络发送数据,即时指示车辆位置。电脑屏幕可以实时显示车辆的移动。因此,如果企业希望提高运送效率并了解员工现场驾驶情况,那么主动跟踪是最佳选择。主动式跟踪器还具备一种“地理围栏”能力(把这种功能想象为类似“力场”),其可在汽车进入或离开某个预定位置时提供警示信号。另外,此类系统还能帮
[电源管理]
如何为电源系统开关控制器选择合适的MOSFET?
  DC/DC开关控制器的MOSFET选择是一个复杂的过程。仅仅考虑MOSFET的额定电压和电流并不足以选择到合适的MOSFET。要想让MOSFET维持在规定范围以内,必须在低栅极电荷和低导通电阻之间取得平衡。在多负载 电源 系统中,这种情况会变得更加复杂。   DC/DC 开关电源 因其高效率而广泛应用于现代许多电子系统中。例如,同时拥有一个高侧FET和低侧FET的降压同步开关稳压器,如图1所示。这两个FET会根据控制器设置的占空比进行开关操作,旨在达到理想的输出电压。降压稳压器的占空比方程式如下:   图1:降压同步开关稳压器原理图   FET可能会集成到与控制器一样的同一块芯片中,从而实现一种最为简单的解决方案。但为了提
[电源管理]
如何为<font color='red'>电源系统</font>开关控制器选择合适的MOSFET?
IntersilISL97691单颗锂电池4路LED驱动方案
LED驱动器,可用于需要模拟调光的手机显示器和3D显示屏.输入电压2.4V-5.5V,提供4路40mA电流和高达26V电压,电流匹配±2.5% ,具有故障保护,主要用在平板电脑,笔记本PC和智能手机显示器LED背光,移动显示器2D或3D LED背光.本文介绍了ISL97691主要特性,方框图,典型应用电路图,PCB布局参考图和故障保护电路图. The ISL97691 is Intersil’s highly integrated 4 channel LED driver for single cell Li-Ion battery operated mobile displays requiring analog dimming,
[电源管理]
IntersilISL97691单颗锂电池4路LED驱动方案
新型车载电源系统的发展概况及研究
引言 随着汽车工业的迅猛发展,人们对汽车的安全性、环保性、经济性、舒适性等性能追求也日益增高。从而促使车载电器和电子装置迅速增加,例如采用电磁或电动执行器取代液压传动和气压传动执行器已成为一种趋势,这使车载电源提供的电功率越来越大,更新车载电源系统已是大势所趋。车载电源系统主要由蓄电池、发电机及电压调节器等组成,蓄电池和发电机并联于汽车电路之中,发电机是主要电源,蓄电池是辅助电源。要提高车载电源的电功率,自然就要从蓄电池和发电机两方面着手。为此,本文就车载电源系统做出以下探索。 1 传统车载电源系统的存在问题 目前豪华轿车用电一般1~3KW功率,而到2010年高级轿车的使用功率将达到10KW以上,如仍
[电源管理]
工程师分享开关电源测试测量经验
  电子器件的电源测量通常情况是指开关电源的测量(当然还有线性电源)。讲述开关电源的资料非常多,本文讨论的内容为PWM开关电源,而且仅仅是作为测试经验的总结,为大家简述容易引起系统失效的一些因素。因此,在阅读本文之前,已经假定您对于开关电源有一定的了解。   开关电源简述   开关电源(Switching Mode Power Supply,常常简化为SMPS),是一种高频电能转换装置。其功能是将电压透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的拓扑指开关电源电路的构成形式。一般是根据输出地线与输入地线有无电气隔离,分为隔离及非隔离变换器。非隔离即输入端与输出端相通,没有隔离措施,常见的DC/DC变
[测试测量]
工程师分享开关电源测试测量经验
PI藉EcoSmart技术营造电源管理“绿色空间”
登录Power Integrations(PI)公司的“绿色空间”网页(www.powerint.com/greenroom),你可发现有关最新的全球节能标准和EcoSmart解决方案的介绍,并且一个软计数器正在即时显示1998年以来,采用该公司EcoSmart绿色节能芯片技术的电源产品正在为全球消费者节省的电费金额。 “高效、节能是PI技术和产品的重要竞争优势。”该公司行销副总裁Daug Bailey在本届IIC-China上表示。的确,如果说5年前的中国充电器、电源适配器厂商还是以成本为驱动的话,那么如今走向国际化的他们对追求环保、节能的热情正逐渐高涨,毕竟全球不少监管机构对外部电源制定的更加严格的能耗标准。 Da
[焦点新闻]
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved