Technológia a aplikácia digitálnej správy napájania
Tento článok predstavuje základné charakteristiky digitálneho napájacieho zdroja, výhody digitálneho napájacieho zdroja v porovnaní s analógovým napájaním a hlavný obsah digitálnej správy napájania a tiež predstavuje aplikáciu technológie digitálnej správy napájania.
Nová generácia integrovaných obvodov vyžaduje napájacie napätie 3,3V, 1,8V alebo ešte nižšie. Jedno zariadenie potrebuje na napájanie viacero napätí a dopyt po prúde je veľký a napätie musí byť privedené do zariadenia v správnom načasovaní. Napätia, ktoré napájajú tieto zariadenia, musia byť generované na doske (najlepšie v blízkosti zariadení), aby sa minimalizoval pokles napätia a stabilizovalo sa napätie. Vysokovýkonné DC/DC meniče sú vhodné pre široký rozsah vstupu a môžu byť použité ako izolované napájacie zdroje alebo neizolované meniče bodu zaťaženia. Preto väčšina palubných systémov napájania prijala DC/DC konverzné moduly ako hlavný zdroj napájania. Úplný a zdravý systém napájania však nemožno vybudovať bez obvodov správy napájania. Obsah správy napájania zahŕňa: monitorovanie systému napájania, postupnosť a sledovanie, monitorovanie a zabezpečenie proti poruchám. Zariadenia na správu napájania zvládajú funkcie, ako je odmietnutie bežného režimu, obmedzenie spustenia, riadenie spustenia a vypnutia a dokonca aj korekcia účinníka na vstupe. Zariadenie na správu napájania nakonfigurované na výstupnej strane riadi postupnosť spúšťania a reguláciu výstupného napätia a poskytuje zodpovedajúcu ochranu pred zlyhaním pri prepätí a nadprúde. Obrázok 1 Aplikačná ochrana zariadení na správu napájania v izolovaných AC/DC napájacích systémoch. Všetky príslušné funkčné obvody musia byť izolované od hlavného obvodu.
Podrobné vysvetlenie technológie a aplikácie digitálnej správy napájania
a
Vyhradené digitálne zariadenia na správu napájania majú väčšie výhody v nákladoch, vývojovom cykle a spoľahlivosti ako bežne používané analógové obvody alebo mikrokontroléry, programovateľné logické zariadenia a iné metódy. Nová generácia digitálnych zariadení na správu napájania integruje rýchly ADC, ktorý dokáže splniť požiadavky na monitorovanie v reálnom čase, vďaka čomu dokáže rýchlejšie odrážať poruchy ako externý ADC univerzálneho mikrokontroléra. Údaje z monitorovania sa prenášajú do hlavného ovládača napájacieho zdroja cez zbernicu I2C alebo PMBus, aby sa dosiahlo presné nastavenie regulácie napätia, ochrana pred poruchami a ďalšie funkcie. Interné hodiny umožňujú zaznamenávanie porúch. Pre viacvýstupový energetický systém číta digitálny hlavný regulátor výkonu monitorovacie údaje každého výstupu z riadiaceho zariadenia každého výstupného terminálu v reálnom čase cez zbernicové rozhranie, čím realizuje komplexné monitorovanie energetického systému. Po schválení návrhu softvéru je možné použiť rovnaké zdrojové súbory a konfiguračné súbory pre všetky produkty tohto návrhu a výkon je konzistentný od jednotky k jednotke, zatiaľ čo analógové obvody budú mať odlišný výkon v dôsledku rozdielov v samotných komponentoch.
Tradičné obvody správy napájania, ktoré sa spoliehajú na analógové obvody na implementáciu správy napájania a nastavenie rôznych parametrov pomocou zosilňovačov, komparátorov a RC časového oneskorenia, už nie sú také lepšie ako digitálne zariadenia na správu napájania. S prehĺbením dizajnu sa už nebudú meniť súčiastky so zmenou parametrov a dosku plošných spojov už nebude treba opakovane prerábať. Použitie špeciálneho digitálneho zariadenia na správu napájania, ktoré umožňuje konfiguračnému softvéru nastaviť prevádzkové parametre. Zmeny počas návrhu je možné jednoducho implementovať v softvéri bez hardvérových zmien. Konfiguračný softvér vyžaduje od dizajnéra len úpravu niekoľkých parametrov. Po nastavení všetkých parametrov je možné ich stiahnuť do digitálneho zariadenia na správu napájania cez port I2C pomocou linky na stiahnutie programovania. Obrázok 2 je bloková schéma vnútorných funkčných jednotiek typického zariadenia na správu napájania.
Podrobné vysvetlenie technológie a aplikácie digitálnej správy napájania
Okrem aplikácie špeciálnych integrovaných obvodov na správu napájania pri monitorovaní energetických systémov pribudli v novej generácii integrovaných obvodov aj funkcie na zníženie spotreby energie a čiastočné riadenie napájania vo vlastnom dizajne, poskytujúce digitálne napájanie a digitálny manažment napájania. komunikačné rozhranie zariadenia. To sa prejavilo na digitálnych procesoroch vyššej triedy. Prostredníctvom komunikácie medzi digitálnym procesorom, DC/DC prevodníkom a digitálnou jednotkou správy napájania môže procesor automaticky upraviť požadované napájacie napätie podľa aktuálnej rýchlosti spracovania a náročnosti úlohy. Digitálny zdroj napájania a jednotka správy napájania obsahuje niekoľko registrov. Keď sa zmení napätie požadované procesorom, dostane cez zbernicu nové dáta na konfiguráciu príslušných registrov, prípadne nájde príslušné hodnoty nastavenia vo vyhľadávacej tabuľke interného programu digitálneho zdroja. Tento druh schémy sa stáva bežnou aplikáciou v oblastiach s prísnymi požiadavkami na spotrebu energie. Pri procesoroch s oddeleným napájaním vnútorných častí je možné funkčné jednotky v pohotovostnom alebo spánkovom stave úplne vypnúť, čo ďalej zníži spotrebu energie, no kladie vyššie požiadavky na správu napájania. Zvýšia sa nielen výstupné porty, ale aj nastavenie a sledovanie rôznych portov výrazne zvýši zložitosť programu v digitálnej jednotke správy napájania. Monitor výkonu hardvéru vnútri procesora môže poskytnúť najnižšie napájacie napätie v určitom čase. Informácie z monitora prichádzajú priamo zvnútra procesora, takže uzavretá slučka monitorovacieho systému je úplne vo vnútri čipu procesora, čím sa realizuje návrh správy napájania SOC.
