智能集成性AC/DC電源控制器

AC/DC冗余電源次級的集成問題很大程度上已經被半導體制造商忽視了。結果就出現了許許多多的分立形式的元件，例如運算放大器、晶體管、電阻器、電容器以及完成各種次級監控的數字邏輯電路。最近又多了一項需求，就是要求電源和系統的其余部分之間能進行更多的通信。帶數字接口的智能電源的發展趨勢今朝正成為大多數新型設計的標準需求。市場上有一些器件具有一定集成度，例如電流測試、電壓測試或ORFET控制，但是都需要很多外部電路、微控制器和電子可擦可編程只讀存儲器（EEpROM）以便提供智能性。此文中，我們將解析的美國模擬器件公司（ADI）的ADM1041產品，該產品集成了電流測試、電壓測試、總線共享和OrFET控制，從而達到了高集成度、提高了靈活性和智能水平。

這款新器件，它也與I2C接口兼容，還可以通過SMBus總線通信，而且具有內置的EEpROM。這樣就準許通過設置電源提供極大的靈活性，并且可以顯著縮短設計和開發時間。本文解析了用集成處理方案（例如ADM1041）取代現有的分立處理方案。圖1示出了冗余電源中蘊含的典型次級功能的框圖。

盡管電源設計工程師可能不喜歡提成本問題，但是通常它總是設計電源時涉及到的主要問題。元件成本、維護開銷、開發、探測和加工等所有因素都要計入設計項目的成本。ADM1041能使電源設計工程師簡化和加快新設計的開發。當開發AC測試電路時，重新設置寄存器比重新焊接幾個元件要快捷許多。另外，由于ADM1041所具有的高集成度水平，所以它所需要的產品材料清單（BOM）元件數量及其成本要比相應的分立處理方案降低很多。這樣也節省了庫存與訂貨問題。圖2示出了采用ADM1041構成的冗余電源次級的典型使用處理方案。后面還會討論節省成本優點的其它實例。

AC/DC電源的終端用戶越來越希望具有與系統其它部分的電源相連接的能力。分立處理方案需要微控制器（mC）、EEpROM和許多數字邏輯單元完成監控功能。ADM1041的SMBus接口準許它能與微解決器或總線上的其它系統通信。這樣就提高了實現負載共享的靈活性，或者說提高了共享配置的先進性，例如提高可靠性的熱平衡能力。ADM1041蘊含內置的EEpROM，它存儲寄存器的設置數據。寄存器內容是可以鎖定的，就是說可以將電源安排到現場而不用擔心終端用戶會傾覆寄存器數值以及由此導致的現場失效。芯片內還有備用的EEpROM，它可用于存儲微控制器的編程信息，或者當故障發生時用于存儲故障事件。片內EEpROM也可以獨立工作。這樣就無需微控制器。可提供的用戶友好界面軟件準許設計工程師快速地對ADM1041編程，而不用擔心寄存器映像，不用參考技術資料或寫代碼。圖3示出了接口軟件的OCp（過電流保護）編程窗口。

當系統在現場或者在設計階段發生故障時，還需要額外的數字邏輯電路提供調試系統的能力。當電源中發生故障事件時，ADM1041的內部狀態寄存器使用戶可以看到實時的標志以便確定故障原由。

ADM1041還提供鎖定狀態寄存器狀態的功能，可以記憶過去某段時間是不是有故障發生過。這對于跟蹤探測臺和探測現場出現的斷續性故障情況是很有用的。這種附加的智能性意味著可以監視和控制更復雜的故障情況。例如，OCp超時是可編程的，也就是ADM1041對OCp事件的反應是可以編程的。它可以設定為恒定電流工作模式，或者當OCp事件發生時封閉電源。圖4示出了ADM1041的各種監控標志。

產品成本是非常關鍵的，但電源設計工程師經常事后才想到這個問題。如果采用分立元件處理方案，那么調整由測試電阻器或其它元件引起的誤差通常通過操作人員調節電位器來完成。這種人工調整過程的成本相當高，而且依然保留一定誤差。ADM1041在芯片內集成了這種調整的功能。我們為產品探測提供一種簡單的軟件算法，其中用模數轉換器（ADC）或自動探測器代替了操作人員，而且用軟件校準ADM1041的調整寄存器。這就是說在最后的探測中不再需要操作人員，因此節省了加工成本和時間，并且保證了每個器件都具有一致性的調整。它還可以調整負載電壓和電流測試電路，以便校正由于電阻器誤差和放大器誤差引起的共模誤差和差模誤差。這在大批量使用中是一個很神奇的優點，因為其加工能力比傳統的調整辦法顯著提高。圖5示出了一種可能的加工調整示意圖。

目前的主要設計難題就是要求不斷提高功率密度。在服務器使用中，像10W/in3的功率密度今朝是很普遍的，因為終端用戶要求減小外形尺寸同時提高輸出功率。這是一種非常棘手的兩難問題，因為要提高輸出功率勢必要求采用增大的功率器件。所以，印制電路板（pCB）占用面積變得越發寶貴。ADM1041在一片24引腳的QSSOp封裝中集成了次級端控制的全部功能，從而為功率密度的提高節省了珍貴的pCB面積。多芯片處理方案和分立處理方案還會引起布局和布線問題，以及接地問題。ADM1041還可以用一只熱敏電阻器控制風扇，因為隨著功率密度的提高散熱管理也變得越來越緊要。

許多電源設計都是用戶定制的設計，為此現有的產品依據不同的用戶需求進行輕微的調整。在絕大多數工程項目中，設計工程師都設法重新利用往日的設計或者其中的部分設計，因為它們的特性經過現場徹底地表現、探測和驗證。分立處理方案的微小改動都會導致采用幾個新的元件，所有元件都需要徹底地調整其性能指標。然而ADM1041具有內部寄存器，可以進行配置以便適合定制使用。這樣就準許設計工程師重新利用實驗過或探測過的電路，只要為每個新工程項目重新設置ADM1041的寄存器即可。這樣就節省了設計、開發和表征特性的成本和時間。改變OCp限制或者電源啟動時間就像改變適當的寄存器并且發送給客戶一樣簡單。我們還提供軟件用于設計反饋環路，并且蘊含用于優化環路設計的伯德圖。設計工程師只需輸入基本的參數和技術指標，就能實現軟件自動設計濾波器。圖6示出了電壓環路設計軟件的面板。

當電源設計工程師得到新工程項目的技術指標時，面對挑戰是顯而易見的。要求降低成本，提高功率密度，減小外形尺寸，加快開發時間，提高集成度，增加功能性和智能性。由于分立的電源設計辦法無法滿足這些要求，因此顯然需要高集成度和靈活的單芯片處理方案。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除