Технология и применение цифрового управления питанием
В этой статье представлены основные характеристики цифрового источника питания, преимущества цифрового источника питания по сравнению с аналоговым источником питания и основное содержание цифрового управления питанием, а также представлено применение цифровой технологии управления питанием.
Новое поколение интегральных схем требует напряжения питания 3,3 В, 1,8 В или даже ниже. Одному устройству требуется несколько напряжений для подачи питания, а потребность в токе велика, и напряжение должно быть подано на устройство в правильное время. Напряжения, питающие эти устройства, должны генерироваться на плате (желательно рядом с устройствами), чтобы свести к минимуму падение напряжения и стабилизировать напряжение. Высокопроизводительные DC/DC-преобразователи подходят для широкого диапазона входных сигналов и могут использоваться в качестве изолированных источников питания или неизолированных преобразователей в точке нагрузки. Поэтому в большинстве бортовых систем питания в качестве основного источника питания используются модули преобразования постоянного тока в постоянный. Однако полная и работоспособная система питания не может быть построена без схем управления питанием. Содержание управления электропитанием включает в себя: мониторинг энергосистемы, последовательность и отслеживание, мониторинг и отказоустойчивость. Устройства управления питанием выполняют такие функции, как подавление синфазных помех, ограничение пуска, управление пуском и остановом и даже коррекция коэффициента мощности на входе. Устройство управления питанием, сконфигурированное на стороне выхода, контролирует последовательность запуска и регулировку выходного напряжения, а также обеспечивает соответствующую защиту от сбоев в условиях перенапряжения и перегрузки по току. Рис. 1 Защита приложений устройств управления питанием в изолированных системах питания переменного/постоянного тока. Все соответствующие функциональные цепи должны быть изолированы от главной цепи.
Подробное объяснение технологии и применения цифрового управления питанием
в
Специализированные цифровые устройства управления питанием имеют большие преимущества в стоимости, цикле разработки и надежности, чем широко используемые аналоговые схемы или микроконтроллеры, программируемые логические устройства и другие методы. Новое поколение цифровых устройств управления питанием включает в себя быстродействующий АЦП, отвечающий требованиям мониторинга в режиме реального времени, что позволяет отражать сбои быстрее, чем внекристальный АЦП микроконтроллера общего назначения. Данные мониторинга передаются на главный контроллер источника питания по шине I2C или PMBus для достижения точных настроек регулирования напряжения, защиты от сбоев и других функций. Внутренние часы позволяют регистрировать неисправности. Для системы питания с несколькими выходами цифровой главный контроллер питания считывает данные мониторинга каждого выхода с устройства управления каждой выходной клеммы в режиме реального времени через интерфейс шины, реализуя всесторонний мониторинг системы питания. После утверждения дизайна программного обеспечения одни и те же исходные файлы и файлы конфигурации могут использоваться для всех продуктов проекта, а производительность будет одинаковой от устройства к устройству, в то время как аналоговые схемы будут иметь разную производительность из-за различий в самих компонентах.
Традиционные схемы управления энергосистемой, использующие аналоговые схемы для реализации управления питанием и установки различных параметров с помощью усилителей, компараторов и временных задержек RC, больше не превосходят цифровые устройства управления питанием. С углублением конструкции компоненты перестанут меняться с изменением параметров, а печатная плата больше не будет нуждаться в повторной переработке. Использование специального цифрового устройства управления питанием, позволяющего программному обеспечению для настройки устанавливать рабочие параметры. Изменения во время проектирования могут быть легко реализованы в программном обеспечении без изменений в оборудовании. Программное обеспечение конфигурации требует, чтобы проектировщик настроил только несколько параметров. После того, как все параметры установлены, их можно загрузить в цифровое устройство управления питанием через порт I2C с линией загрузки программирования. Рисунок 2 представляет собой блок-схему внутренних функциональных блоков типичного устройства управления питанием.
Подробное объяснение технологии и применения цифрового управления питанием
В дополнение к применению специальных интегральных схем управления питанием при мониторинге энергосистем, новое поколение интегральных схем также добавило функции для снижения энергопотребления и частичного управления питанием в собственной конструкции, обеспечивая цифровое питание и цифровое управление питанием. интерфейс связи устройства. Это нашло отражение в цифровых процессорах более высокого класса. Благодаря связи между цифровым процессором, преобразователем постоянного тока в постоянный и цифровым блоком управления питанием процессор может автоматически регулировать требуемое напряжение питания в соответствии с текущей скоростью обработки и интенсивностью задачи. Цифровой блок питания и управления питанием содержит несколько регистров. Когда напряжение, требуемое процессором, изменяется, он получает новые данные по шине для настройки соответствующих регистров или находит соответствующие значения настроек в справочной таблице внутренней программы цифрового источника питания. Такая схема становится основным приложением в областях со строгими требованиями к энергопотреблению. Для процессоров с отдельными источниками питания для внутренних частей функциональные блоки в состоянии ожидания или сна могут быть полностью отключены от питания, что еще больше снизит энергопотребление, но выдвинет более высокие требования к управлению питанием. Увеличиваются не только выходные порты, но и настройка и мониторинг разных портов, что значительно усложнит программу в цифровом блоке управления питанием. Аппаратный монитор производительности внутри процессора может обеспечить минимальное напряжение питания в течение определенного времени. Информация монитора поступает непосредственно из процессора, поэтому замкнутый контур системы мониторинга полностью находится внутри микросхемы процессора, реализуя схему управления питанием SOC.
