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數(shù)字電源系統(tǒng)取代傳統(tǒng)模擬電源系統(tǒng)是大勢所趨
“從今年上半年來看，通信和計(jì)算設(shè)備里面采用數(shù)字電源系統(tǒng)的比例越來越高?！绷枇柼仉娫串a(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong這樣表示，他認(rèn)為通信和計(jì)算設(shè)備對于數(shù)據(jù)吞吐量和系統(tǒng)性能的要求越來越高，功能也越來越多，但是卻要求整個系統(tǒng)的功耗不斷降低，這對電源設(shè)計(jì)人員提出了更高的挑戰(zhàn)。例如服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，通常會考慮通過重新規(guī)劃工作流程并把任務(wù)轉(zhuǎn)移到尚有潛力的服務(wù)器上，從而將未被使用的服務(wù)器停機(jī)以達(dá)到省電的目的。要做到這一點(diǎn)，必須精確地知道每個終端設(shè)備的功耗。一個好的數(shù)字電源系統(tǒng)管理系統(tǒng)就能夠提供給用戶各種功耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能功耗管理。
凌力爾特電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong
凌力爾特的數(shù)字電源產(chǎn)品線被命名為PSM（digital power systems management,簡稱PSM），現(xiàn)在的PSM產(chǎn)品包括集成了功率FET驅(qū)動的同步降壓型DC/DC控制器，可以通過基于I2C的PMBus來進(jìn)行多種電源管理功能的配置。這些PSM產(chǎn)品提供了精確的參考基準(zhǔn)，提供帶溫度補(bǔ)償?shù)哪M電流模式控制環(huán)路，該控制環(huán)路具有±0.5%直流精度，易于補(bǔ)償，且補(bǔ)償已經(jīng)校準(zhǔn)，不受工作條件影響。PSM產(chǎn)品的電源管理功能還包括逐周期限流以及快速、準(zhǔn)確的電流均分和快速電壓及負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，而且不產(chǎn)生任何與 ADC 量化相關(guān)的誤差，ADC的量化誤差經(jīng)常出現(xiàn)在一些競爭對手所謂的“數(shù)字”控制的產(chǎn)品中。PSM產(chǎn)品有故障記錄功能，通過一個中斷標(biāo)志位和“黑匣子”記錄器保存故障發(fā)生前的狀態(tài)。部分PSM產(chǎn)品還包括 16 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，提供輸入和輸出電壓、電流、占空比以及溫度的數(shù)字回讀。凌力爾特還提供LTpowerPlay? 開發(fā)軟件和圖形界面方便復(fù)雜電源開發(fā)者使用凌力爾特的產(chǎn)品。
Armstrong:“我們的方向無疑是正確的，多個細(xì)分市場正在從代傳統(tǒng)的模擬電源方案向數(shù)字電源方案轉(zhuǎn)變。” 數(shù)字電源相對于傳統(tǒng)模擬電源的優(yōu)勢巨大，例如通過PMBus設(shè)置芯片的寄存器來控制起始工作條件與時序、輸出電壓與電流限制、欠壓過壓保護(hù)等。更重要的是可以監(jiān)測一些關(guān)鍵的運(yùn)行參數(shù)（溫度、輸入輸出電壓、輸入輸出電流），以優(yōu)化系統(tǒng)的性能與可靠性。模擬電源系統(tǒng)需要一組電阻來設(shè)定初始條件，時序控制與運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控則需要額外的IC來處理，使用數(shù)字電源系統(tǒng)對于節(jié)省PCB空間與降低整體物料成本非常有意義。
相對傳統(tǒng)模擬電源方案，PSM數(shù)字電源的數(shù)字接口方便開發(fā)人員進(jìn)行測試與除錯，采用PSM數(shù)字電源更可以降低開發(fā)成本，縮短上市時間，這對于設(shè)備廠商快速占領(lǐng)市場，獲取競爭優(yōu)勢非常重要。
系統(tǒng)功耗解決之道
Tony Armstrong認(rèn)為，只要解決兩個方面的問題，就可以處理好任何系統(tǒng)的功耗。首先，在整個負(fù)載電流范圍內(nèi)最大限度提高電源轉(zhuǎn)換效率；其次，在所有工作模式最大限度降低來自DC/DC轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流。所以一個好的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電源轉(zhuǎn)換和管理IC必須要提供90%至 95% 的轉(zhuǎn)換效率，這樣功率損耗就會比較??；同時在輕負(fù)載和睡眠模式時，能夠把功耗降到極低，例如毫安級，甚至更低。
不過，現(xiàn)在一些特殊應(yīng)用場合對于設(shè)備的功耗提出了更嚴(yán)苛的要求，例如橋梁鐵路監(jiān)測設(shè)備。在這些超低功耗設(shè)備和能量收集（energy harvesting）應(yīng)用中，整個系統(tǒng)的功耗通常在毫瓦級別。這些超低功耗應(yīng)用（物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也是一個例子）對于開發(fā)人員是嚴(yán)峻的考驗(yàn)，凌力爾特針對這樣的應(yīng)用開發(fā)了多種電源轉(zhuǎn)換和管理的IC，這些IC的一些重點(diǎn)參數(shù)和功能如下：
因此，設(shè)計(jì)師為了應(yīng)對面臨較低功率轉(zhuǎn)換 (IoT 設(shè)備是另一個例子) 的挑戰(zhàn)，凌力爾特一直在開發(fā)滿足這類應(yīng)用性能要求的電源轉(zhuǎn)換和管理 IC。這類應(yīng)用要求電源轉(zhuǎn)換和管理 IC 具備的一些特點(diǎn)和功能如下：
1. 超低待機(jī)靜態(tài)電流 – 一般低于 4μA，最低可至 450nA
2. 超低啟動電壓 – 低至 20mV
3. 高輸入電壓 – 最高輸入34V，瞬態(tài)電壓可承受40V
4. 能夠處理 AC 輸入
5. 多輸出能力和自動系統(tǒng)電源管理
6. 可采用最大功率點(diǎn)控制 (Maximum Power Point Control，簡稱MPPC)來接收太陽能輸入
7. 高度集成的解決方案，只需要最少的外部元件，占板面積小。
現(xiàn)在的時代，僅有出色的產(chǎn)品是不夠的
“現(xiàn)在的市場與過去部不同了，即使是模擬市場，僅有出色的產(chǎn)品已經(jīng)不夠了?！盇rmstrong說道，他表示現(xiàn)在的產(chǎn)品越來越復(fù)雜，混合信號產(chǎn)品將模擬與數(shù)字的功能結(jié)合得越來越緊密，對于混合信號產(chǎn)品的軟件與應(yīng)用支持的需求越來越多，特別是快速發(fā)展的中國工業(yè)電子與汽車電子，對于技術(shù)支持需求增長的趨勢越來越明顯，這些產(chǎn)品非常復(fù)雜，通常是在全球多個地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造。因此，擁有一支富經(jīng)驗(yàn)的全球現(xiàn)場應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì)是取得成功的必要條件，全球沒有幾家模擬廠商能夠在全球各地提供同樣的客戶支持，凌力爾特是其中之一。從設(shè)計(jì)、制造到銷售，凌力爾特的客戶可以得到凌力爾特全球團(tuán)隊(duì)的鼎力支持。
過去幾年功率器件市場波動劇烈，但是在模擬市場經(jīng)營多年的凌力爾特應(yīng)對有方?！傲枇柼厣a(chǎn)的所有芯片，通常保有可以銷售6 個月的庫存。對于我們生產(chǎn)IC 所需的原材料，則至少保持 3 個月的庫存。不僅如此，凌力爾特還與主要供應(yīng)商建立了長期合作關(guān)系，以確保長期穩(wěn)定的材料供應(yīng)，甚至在市場出現(xiàn)普遍短缺情況時也不受影響。因此，我們的供應(yīng)鏈非常穩(wěn)定，極少波動?！盇rmstrong如是說。
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