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【干货】合理使用数字电源和电源轨排序,可以加速你的设计

2018-12-19
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合理使用数字电源和电源轨排序,可以加速你的设计


在大部分多线路系统中,每条电源通路上电压的升高或者降低都存在不同的序列和相对时序,这些不同序列功能的实现可以借助电源管理IC(Powe Management IC, PMIC)或者专用的序列器IC。无论怎样,DC稳压器提供了电源而序列器实现了不同电源线路通路。尽管它们都集成在同一个IC芯片上—在大容量应用中很常见—但是它们一般是独立工作的。



DC稳压器多采用全模拟或者混合信号电路,不管它们是LDOs稳压器还是开关电源。虽然进行了一些改进和性能提升但是稳压器的设计形式还是已经持续数十年了。它们也有“数字化”功能,数控的使用可以借助PMBus或者I2C总线接口设置模拟回路的一些参数,例如增益、响应、输出电压、限制电流等等。一旦我们进行了设置,稳压器闭合回路的操作就全部是模拟电路了,尽管有时我们会通过控制总线进行一些改变或者更新,可以说新的操作模式仍然是模拟电路为主。


现在我们可以看到全数字电源稳压器有非常大的市场并且不断增长,很多大容量电源适配器(一般是几百瓦甚至更高)都开始采用全数字稳压器。全数字电源控制不仅仅只是通过数字总线来设置模拟回路的参数,它还有更大的功能。实际上闭环稳压功能完全可以通过数字电路来实现,主要包括处理器和嵌入式算法。输出电压采用数字化控制输出,并且与预设值进行比较已得到我们期望的电压值,主要是通过控制DAC控制电路调节输出电压(当然我们还需要考虑其他更多因素)。电源轨排序是测试和验证嵌入式固件必不可少的一个步骤。


全数字方案使得控制和电源轨排序工作更加灵活,更好的适应操作条件,用户可以根据具体侧重点进行调整,比如提高调压效果、提升效率、最小化电磁噪声等等。更加灵活的是我们可以动态改变这些操作的优先级。对于一个工程师来说,在很多情况下这种既能调节电压又能动态改变优先级操作的高度灵活性是非常理想的。


既然全数字电源控制有这么好的灵活性我们还有什么可顾虑的呢?甚至对于不同的电源通路排序都可以通过数字控制算法来完成,不仅灵活还可以根据需要进行调节。既然有这么多的方便之处,我们应该毫不犹豫的采用数控电源和电源轨排序。


但是我们可能都有过类似的经验或者教训,就是看似完美的东西总会有潜在的问题。我们的设计几乎所有部分都采用基于软件来实现,那么我们想做出一些改变会很容易。当我们设计项目之初以及执行时要考虑一些几点:

·  首先很多人会觉得先这样做吧,后面我们可以在软件里面进行修复。


·  第二,我们可能不清楚我们做了些什么,因为一些修改的文档可能不全面,甚至就算是代码清单也不能让你搞清楚,我们需要知道每个代码块和算法的具体功能。


·  第三,可能是麻烦的,就是一些代码是灵活可变的意味着我们的设计不是固定的,经验丰富的设计者都知道将项目向前推进的关键步骤就是尽可能的明确各方面的功能需求,尤其是那些对系统应用范围有影响的方面。当所有方面都是不确定的而且有可能发生改变,那么想让项目取得进展就好比想将果冻钉在墙上一样不现实。


供电子系统的设计和性能是我们需要下决定完成的,并且不要随便修改,稳定可靠的电源系统是其他子系统的基础。与此形成鲜明对比的是,如果电源部分性能不稳定或者特性不固定,那么就会出现很多莫名其妙的问题,就像是软件bug一样令人费解。


数字电源能我们带来的灵活性和高效性让我们能够设计出更好的电源系统,只要我们使用合理,做出修改时全方面考虑,尤其是不要总是去修改,这会大大方面我们的设计工作。否则如果像变色龙一样总是改变那么就需要总是去弄清楚做出那些变化并且会带来那些影响,很明显会拖慢设计团队的工作进度。


作者

Bill Schweber


Bill Schweber是贸泽电子专栏作家,他还是一名电子工程师,已经编写了三本电子通信系统相关的书籍,以及数百篇技术文章、意见改进和产品介绍。之前他是EE Times电子技术网站管理员,同时也是EDN网站专栏作家和模拟电路方面作家。


在ADI公司(全球领先的模拟和混合信号IC供应商)期间,Bill在市场营销部门(公共关系)。因此他具备了丰富的产品经验,负责展示期间、讲述器件特性同时与客户和媒体保持密切沟通。


在加入ADI公司之前,Bill是一家技术杂志的副编辑,同时推广ADI产品市场和工程应用解决方案。更早之前,Bill就职于Instron公司,负责手持模拟电源电路设计和机器控制设备系统集成相关工作。


他具有电子工程学硕士学位(马萨诸塞大学)和电机工程学士学位(哥伦比亚大学),他是注册的专业工程师,考取了非专业高级无线电工程师执照。Bill还组织了一些线上课程,包括各个方面,例如MOSFET基础、ADC的选型和LEDs驱动技术。


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