Technologie a aplikace digitálního řízení spotřeby
Tento článek představuje základní charakteristiky digitálního napájení, výhody digitálního napájení ve srovnání s analogovým napájením a hlavní obsah digitálního řízení napájení a také představuje aplikaci technologie digitálního řízení napájení.
Nová generace integrovaných obvodů vyžaduje napájecí napětí 3,3V, 1,8V nebo ještě nižší. Jedno zařízení potřebuje k napájení více napětí a poptávka po proudu je velká a napětí musí být do zařízení přiváděno ve správném načasování. Napětí, která tato zařízení napájí, musí být generována na desce (nejlépe v blízkosti zařízení), aby se minimalizoval pokles napětí a napětí se stabilizovalo. Vysoce výkonné DC/DC měniče jsou vhodné pro široký rozsah vstupu a lze je použít jako izolované napájecí zdroje nebo neizolované měniče bodu zátěže. Proto většina palubních napájecích systémů přijala DC/DC konverzní moduly jako hlavní část napájecího zdroje. Úplný a zdravý energetický systém však nelze vybudovat bez obvodů správy napájení. Obsah správy napájení zahrnuje: monitorování napájecího systému, řazení a sledování, monitorování a zabezpečení proti selhání. Zařízení pro řízení spotřeby zvládají funkce, jako je odmítnutí běžného režimu, omezení spouštění, řízení spouštění a vypínání a dokonce i korekce účiníku na vstupu. Zařízení pro řízení spotřeby nakonfigurované na výstupní straně řídí spouštěcí sekvenci a regulaci výstupního napětí a poskytuje odpovídající ochranu proti selhání při přepětí a nadproudu. Obrázek 1 Aplikační ochrana zařízení pro řízení spotřeby v izolovaných AC/DC napájecích systémech. Všechny příslušné funkční obvody musí být izolovány od hlavního obvodu.
Podrobné vysvětlení technologie a aplikace digitálního řízení spotřeby
a
Vyhrazená digitální zařízení pro řízení spotřeby mají větší výhody v ceně, vývojovém cyklu a spolehlivosti než běžně používané analogové obvody nebo mikrokontroléry, programovatelná logická zařízení a další metody. Nová generace digitálních zařízení pro správu napájení integruje rychlý ADC, který dokáže splnit požadavky na monitorování v reálném čase, díky čemuž je schopen odrážet poruchy rychleji než externí ADC univerzálního mikrokontroléru. Monitorovací data jsou přenášena do hlavního ovladače napájecího zdroje prostřednictvím sběrnice I2C nebo PMBus, aby bylo dosaženo přesného nastavení regulace napětí, ochrany proti poruchám a dalších funkcí. Interní hodiny umožňují protokolování chyb. U vícevýstupového napájecího systému čte digitální hlavní řídicí jednotka napájení monitorovací data každého výstupu z řídicího zařízení každého výstupního terminálu v reálném čase přes rozhraní sběrnice, čímž realizuje komplexní monitorování energetického systému. Jakmile je návrh softwaru schválen, mohou být stejné zdrojové soubory a konfigurační soubory použity pro všechny produkty tohoto návrhu a výkon je jednotný jednotku od jednotky, zatímco analogové obvody budou mít různý výkon kvůli rozdílům v samotných součástech.
Tradiční obvody správy napájení, které se spoléhají na analogové obvody při implementaci správy napájení a nastavování různých parametrů pomocí zesilovačů, komparátorů a časových zpoždění RC, již nejsou tak lepší jako digitální zařízení pro správu napájení. S prohloubením návrhu se již nebudou měnit součástky se změnou parametrů a plošný spoj již nebude nutné opakovaně přepracovávat. Použití speciálního digitálního zařízení pro správu napájení, které umožňuje konfiguračnímu softwaru nastavit provozní parametry. Změny během návrhu lze snadno implementovat v softwaru bez změn hardwaru. Konfigurační software vyžaduje od konstruktéra pouze nastavení několika parametrů. Po nastavení všech parametrů je lze stáhnout do digitálního zařízení pro řízení spotřeby přes I2C port s linkou pro stahování programování. Obrázek 2 je blokové schéma vnitřních funkčních jednotek typického zařízení pro řízení spotřeby.
Podrobné vysvětlení technologie a aplikace digitálního řízení spotřeby
Kromě aplikace speciálních integrovaných obvodů pro správu napájení při monitorování energetických systémů přidala nová generace integrovaných obvodů také funkce pro snížení spotřeby energie a částečné řízení spotřeby ve vlastní konstrukci, poskytující digitální napájení a digitální správu napájení. komunikační rozhraní zařízení. To se projevilo u digitálních procesorů vyšší třídy. Prostřednictvím komunikace mezi digitálním procesorem, DC/DC převodníkem a digitální jednotkou pro správu napájení může procesor automaticky upravit požadované napájecí napětí podle aktuální rychlosti zpracování a náročnosti úlohy. Digitální napájecí zdroj a jednotka správy napájení obsahuje několik registrů. Když se změní napětí požadované procesorem, přijímá přes sběrnici nová data pro konfiguraci příslušných registrů, případně najde příslušné hodnoty nastavení ve vyhledávací tabulce interního programu digitálního zdroje. Tento druh schématu se stává běžnou aplikací v oblastech s přísnými požadavky na spotřebu energie. U procesorů s odděleným napájením vnitřních částí lze funkční jednotky v pohotovostním nebo spánku zcela vypnout, což dále sníží spotřebu energie, ale klade vyšší požadavky na správu napájení. Zvýší se nejen výstupní porty, ale také nastavení a sledování různých portů výrazně zvýší složitost programu v digitální jednotce řízení spotřeby. Monitor výkonu hardwaru uvnitř procesoru může poskytnout nejnižší napájecí napětí v určitém čase. Informace monitoru pocházejí přímo z vnitřku procesoru, takže uzavřená smyčka monitorovacího systému je zcela uvnitř procesorového čipu, čímž se realizuje SOC návrh správy napájení.
