Technologie und Anwendung des digitalen Energiemanagements
In diesem Artikel werden die grundlegenden Eigenschaften der digitalen Stromversorgung, die Vorteile der digitalen Stromversorgung im Vergleich zur analogen Stromversorgung und der Hauptinhalt der digitalen Energieverwaltung vorgestellt und außerdem die Anwendung der digitalen Energieverwaltungstechnologie vorgestellt.
Die neue Generation integrierter Schaltkreise erfordert eine Versorgungsspannung von 3,3 V, 1,8 V oder sogar weniger. Ein einzelnes Gerät benötigt mehrere Spannungen zur Stromversorgung, der Strombedarf ist groß und die Spannung muss zum richtigen Zeitpunkt an das Gerät angelegt werden. Die Spannungen, die diese Geräte versorgen, müssen auf der Platine erzeugt werden (vorzugsweise in der Nähe der Geräte), um den Spannungsabfall zu minimieren und die Spannung zu stabilisieren. Hochleistungs-DC/DC-Wandler eignen sich für den Weitbereichseingang und können als isolierte Stromversorgungen oder nicht isolierte Point-of-Load-Wandler verwendet werden. Daher haben die meisten Bordstromversorgungssysteme DC/DC-Umwandlungsmodule als Hauptbestandteil der Stromversorgung eingesetzt. Ohne Energiemanagementschaltungen kann jedoch kein vollständiges und funktionsfähiges Energiesystem aufgebaut werden. Zu den Inhalten des Energiemanagements gehören: Energiesystemüberwachung, Sequenzierung und Verfolgung, Überwachung und Ausfallsicherheit. Power-Management-Geräte übernehmen Funktionen wie Gleichtaktunterdrückung, Startbegrenzung, Steuerung von Start und Herunterfahren und sogar Leistungsfaktorkorrektur am Eingang. Das ausgangsseitig konfigurierte Power-Management-Gerät steuert die Startsequenz und Ausgangsspannungsregelung und bietet entsprechenden Ausfallschutz bei Über-Unterspannung und Überstrom. Abbildung 1 Anwendungsschutz von Energieverwaltungsgeräten in isolierten AC/DC-Stromversorgungssystemen. Alle relevanten Funktionskreise müssen vom Hauptstromkreis isoliert sein.
Detaillierte Erläuterung der Technologie und Anwendung des digitalen Energiemanagements
Die
Dedizierte digitale Power-Management-Geräte bieten größere Vorteile in Bezug auf Kosten, Entwicklungszyklus und Zuverlässigkeit als häufig verwendete analoge Schaltkreise oder Mikrocontroller, programmierbare Logikgeräte und andere Methoden. Eine neue Generation digitaler Energieverwaltungsgeräte integriert einen schnellen ADC, der Echtzeitüberwachungsanforderungen erfüllen kann, sodass er Fehler schneller erkennen kann als der Off-Chip-ADC eines Allzweck-Mikrocontrollers. Die Überwachungsdaten werden über den I2C- oder PMBus-Bus an den Hauptcontroller der Stromversorgung übertragen, um präzise Spannungsregelungseinstellungen, Fehlerschutz und andere Funktionen zu erreichen. Eine interne Uhr ermöglicht die Fehlerprotokollierung. Für das Stromversorgungssystem mit mehreren Ausgängen liest der digitale Hauptcontroller die Überwachungsdaten jedes Ausgangs vom Verwaltungsgerät jedes Ausgangsterminals in Echtzeit über die Busschnittstelle und realisiert so eine umfassende Überwachung des Stromversorgungssystems. Sobald das Softwaredesign genehmigt ist, können für alle Produkte des Designs dieselben Quelldateien und Konfigurationsdateien verwendet werden, und die Leistung ist von Einheit zu Einheit gleich, während analoge Schaltkreise aufgrund von Unterschieden in den Komponenten selbst eine unterschiedliche Leistung aufweisen.
Herkömmliche Schaltkreise für das Energiesystemmanagement, die auf analogen Schaltkreisen basieren, um das Energiemanagement zu implementieren und verschiedene Parameter über Verstärker, Komparatoren und RC-Zeitverzögerungen einzustellen, sind nicht mehr so überlegen wie digitale Energiemanagementgeräte. Durch die Vertiefung des Designs ändern sich die Komponenten nicht mehr mit der Änderung der Parameter und die Leiterplatte muss nicht mehr wiederholt neu bearbeitet werden. Verwendung eines speziellen digitalen Power-Management-Geräts, das es der Konfigurationssoftware ermöglicht, die Betriebsparameter einzustellen. Änderungen während des Designs können einfach in die Software implementiert werden, ohne dass Änderungen an der Hardware erforderlich sind. Die Konfigurationssoftware erfordert vom Designer lediglich die Anpassung einiger weniger Parameter. Nachdem alle Parameter eingestellt sind, können sie über den I2C-Port mit der Programmier-Download-Leitung auf das digitale Power-Management-Gerät heruntergeladen werden. Abbildung 2 ist ein Blockdiagramm der internen Funktionseinheiten eines typischen Energieverwaltungsgeräts.
Detaillierte Erläuterung der Technologie und Anwendung des digitalen Energiemanagements
Neben der Anwendung spezieller integrierter Strommanagementschaltkreise bei der Überwachung von Stromversorgungssystemen verfügt die neue Generation integrierter Schaltkreise auch über Funktionen zur Reduzierung des Stromverbrauchs und teilweisen Strommanagements in ihrem eigenen Design, die digitale Stromversorgung und digitales Strommanagement ermöglichen. Kommunikationsschnittstelle des Geräts. Dies spiegelt sich in höherwertigen digitalen Prozessoren wider. Durch die Kommunikation zwischen dem digitalen Prozessor, dem DC/DC-Wandler und der digitalen Power-Management-Einheit kann der Prozessor die erforderliche Versorgungsspannung automatisch entsprechend seiner aktuellen Verarbeitungsgeschwindigkeit und Aufgabenintensität anpassen. Die digitale Stromversorgungs- und Energieverwaltungseinheit enthält mehrere Register. Wenn sich die vom Prozessor benötigte Spannung ändert, empfängt er neue Daten über den Bus, um die relevanten Register zu konfigurieren, oder findet die relevanten Einstellungswerte in der Nachschlagetabelle des internen Programms des digitalen Netzteils. Diese Art von System wird in Bereichen mit strengen Anforderungen an den Stromverbrauch zur Hauptanwendung. Bei Prozessoren mit separater Stromversorgung für interne Teile können die Funktionseinheiten im Standby- oder Ruhezustand vollständig ausgeschaltet werden, was den Stromverbrauch weiter senkt, aber höhere Anforderungen an das Stromversorgungsmanagement stellt. Nicht nur die Ausgangsports nehmen zu, sondern auch die Einstellung und Überwachung verschiedener Ports wird die Komplexität des Programms in der digitalen Power-Management-Einheit deutlich erhöhen. Der Hardware-Leistungsmonitor im Prozessor kann innerhalb einer bestimmten Zeit die niedrigste Versorgungsspannung bereitstellen. Die Informationen des Monitors kommen direkt aus dem Inneren des Prozessors, sodass sich der geschlossene Regelkreis des Überwachungssystems vollständig im Prozessorchip befindet und das SOC-Design der Energieverwaltung realisiert.
